Парадоксы физики

Если нагреть газ в пробирке и посмотреть на исходящий от него свет через призму, вы увидите непересекающиеся вертикальные линии

Около 100 лет назад ученые впервые задумались о природе некоторых необычных свойств света. Например, света, исходящего от газов, когда их нагревают в пробирке. Если посмотреть на этот свет сквозь призму, можно заметить кое-что необычное. Не спектр, в котором цвета плавно переходят один в другой, отражаясь в хрустальном бокале, а отчетливые линии, цвета которых не смешиваются, как в радуге. Речь идет о вертикальных лучах света, похожих на карандаши каждый своего цвета. Однако объяснить столь странное свойство света ученые не могли. Поиски ответов безуспешно продолжались, пока физик Нильс Бор в начале ХХ века не выдвинул самую невероятную и фантастическую гипотезу. Бор был убежден, что разгадка отчетливых линий кроется в самом сердце материи структуре атома.

Фантастическая гипотеза

По мнению ученого атомы напоминают крошечные модели Солнечной системы, так как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам. Но электроны, в отличие от планет, двигаются по одной определенной орбите и ни по какой другой. Бор утверждал, что когда атом нагревается, электроны приходят в движение и перескакивают с одной орбиты на другую. При этом, каждый скачок сопровождается выбросом энергии в форме света с определенной длиной волны. Вот откуда взялись те странные вертикальные линии и понятие «квантовый скачок».

В документальном фильме National Geographic о квантовой теории, физик Брайан Грин рассказывает об удивительных свойствах квантового скачка, которые заключаются в том, что электрон перемещается с одной орбиты сразу на другую, будто бы не пересекая пространство между ними. Как если бы Земля в одно мгновенье поменялась орбитами с Марсом или Юпитером. Бор считал, что из-за странных свойств электронов в атоме, они излучают энергию определенными, неделимыми порциями, которые называются кванты. Именно поэтому электроны могут двигаться строго по определенным орбитам и могут находиться либо в одной точке, либо в другой, но никак не посередине. В повседневной жизни мы не сталкиваемся ни с чем подобным.

Если бы бейсбольный мяч оказался в двух местах одновременно, мы могли бы поверить, что нас обманывает волшебник. Но в квантовой механике наличие частицы в двух местах одновременно это именно то, что заставляет нас считать эксперимент истинным.

При нагреве атомов электроны начинают перескакивать с одной орбиты на другую.

Каким бы невероятным ни казалось предположение Бора, физики довольно быстро нашли большое количество доказательств в пользу его теории электроны действительно ведут себя по совершенно иным законам, нежели планеты Солнечной системы или шарики для пинг-понга. Открытие Бора и его коллег, однако, противоречило общеизвестным законам физики и вскоре привело к столкновению с идеями, высказанными Альбертом Эйнштейном.

Квантовая запутанность

Эйнштейн не мог смириться с неопределенностью Вселенной, вытекающей из квантовой механики. Физик считал, что объект существует не только когда за ним наблюдают (как утверждал Нильс Бор), но и все остальное время. Ученый писал: «Мне хочется верить, что Луна светит даже когда я на нее не смотрю.» Сама мысль о том, что реальность Вселенной определяется когда мы открываем и закрываем глаза казалась ему немыслимой. По мнению Эйнштейна квантовой теории не хватало чего-то, что описало бы все свойства частиц, в том числе их местонахождение даже в тот момент, когда за ними не наблюдают. И в 1935 году Эйнштейну показалось, что он нашел слабое место квантовой механики. Это было невероятно странное явление, противоречащее всем логическим представлениям о Вселенной квантовая запутанность.

Квантовая запутанность это теоретическое предположение вытекающее из уравнений квантовой механики, согласно которому две частицы могут запутаться, если находятся довольно близко друг к другу. Их свойства при этом становятся взаимосвязанными.

Но даже если разделить эти частицы и отправить в разные концы света, как предлагает квантовая механика, они все равно могут остаться запутанными и неразрывно связанными. Эйнштейну такая связь между частицами казалась невозможной, он так ее и назвал «сверхъестественная связь на расстоянии». Ученый допускал, что запутанные частицы могут существовать, но считал, что никакой «сверхъестественной связи на расстоянии» нет. Напротив, все предопределено задолго до момента измерения.

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.

Нильс Бор, в свою очередь, полагался на уравнения, доказывающие, что частицы ведут себя как два колеса, которые могут мгновенно связать случайные результаты своего вращения, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга. Так кто же прав?

Определить, действительно ли между запутанными частицами существует «сверхъестественная связь» как между вращающимися колесами, или же никакой связи нет и свойства частиц предопределены заранее, как в случае с парой перчаток, удалось физику Джону Белл. С помощью сложных математических вычислений Белл показал, что если сверхъестественной связи нет, то квантовая механика неверна. Однако физик-теоретик также доказал, что вопрос можно решить, построив машину, которая создавала и сравнивала бы много пар запутанных частиц.

Основываясь на инструкциях Белла физик, специалист по квантовой механике Джон Клаузер собрал машину, способную проделывать эту работу. Машина Клаузера могла измерять тысячи пар запутанных частиц и сравнивать их по очень многим параметрам. Полученные результаты заставили ученого думать, что он допустил ошибку. Вскоре французский физик Ален Аспе подобрался к самой сути спора Эйнштейна и Бора.

Ален Аспе французский физик, специалист по квантовой оптике, теории скрытых параметров и квантовой запутанности.

В опыте Аспе измерение одной частицы могло прямо повлиять на другую только в случае, если сигнал от первой частицы ко второй прошел бы со скоростью, превышающей скорость света. Что, как мы знаем, невозможно. Таким образом оставалось только одной объяснение сверхъестественная связь. Более того, проведенные эксперименты доказали, что математическая основа квантовой механики верна.

Запутанность квантовых состояний это реальность.

Выходит, квантовые частицы могут быть связаны несмотря на огромные расстояния, а измерение одной частицы действительно может повлиять на ее далекую пару, как если бы пространства между ними никогда не существовало. Но ответить на вопрос о том как работает эта связь сегодня не может никто.

Квантовая запутанность частиц также не исключает того факта, что когда-нибудь телепортация станет реальностью. Так, ученые уже сегодня телепортируют сотни частиц, о чем подробнее писала моя коллега Дарья Елецкая. А как вы думаете, удастся ли ученым создать единую теорию квантовой гравитации? Ответ будем ждать в комментариях к этой статье, а также в нашем Telegram-чате.

Когда астрономы всматриваются в космическую бездну, то не видят никаких следов присутствия разумной инопланетной жизни.

70 лет назад один из «отцов-основателей» атомной бомбы, лауреат Нобелевской премии по физике Энрико Ферми сформулировал свой знаменитый вопрос: «где все?» Ученый размышлял о необъятности космоса, и слово «все» в его вопросе относилось к инопланетянам. Так как только в наблюдаемой Вселенной примерное количество галактик оценивается в 100-200 миллиардов, кажется очевидным, что разумные цивилизации, способные к развитию радиоастрономии и межзвездных путешествий, должны заселять далекие миры. Но в 1950 году не было никаких свидетельств существования таких цивилизаций. Впрочем, их нет и сегодня наши радиотелескопы не улавливают голоса из других миров, авглядываясь в космический океан мы не видим никаких признаков инопланетных технологий. Для разрешения парадокса Ферми было предложено множество гипотез, но все они остаются недоказанными. А в 1990-х годах Робин Хансон сформулировал еще одно возможное объяснение нашего кажущегося одиночества во Вселенной постулат, получивший название Великий фильтр.

Оглушительная тишина

Итак, согласно концепции Великого фильтра, разумные внеземные формы жизни должны преодолеть множество критически важных шагов, один из которых маловероятен. Предпосылка Великого фильтра заключается в существовании по крайней мере одного препятствия, преодолеть которое и перейти к следующему этапу развития не может практически ни один вид. Робин Хансон, научный сотрудник Института будущего человечества Оксфордского университета и доцент экономики Университета Джорджа Мейсона описал препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы стать по-настоящему развитой космической цивилизацией:

• Планета, на которой возможно существование жизни должна находиться в зоне обитаемости.
• Жизнь на этой планете должна развиваться.
• Инопланетные формы жизни должны быть способны к размножению, используя такие молекулы, как ДНК и РНК.
• Простые клетки (прокариоты) должны эволюционировать в более сложные клетки (эукариоты).
• Многоклеточные организмы должны развиваться.
• Должно закрепиться половое размножение, так как оно значительно увеличивает генетическое разнообразие.
• Сложные организмы, способные использовать инструменты, должны эволюционировать.
• Эти организмы должны создать передовые технологии, необходимые для колонизации космоса (мы с вами находимся примерно на этом этапе).
• Космические виды должны продолжать колонизировать другие миры и звездные системы, избегая при этом самоуничтожения.

Хотя космические путешествия сегодня возможны лишь в произведениях научной фантастики, мы все-таки осваиваем космос: во-первых, наши роботизированные космические аппараты («Вояджеры», «Пионеры», «Новые горизонты») бороздят космические просторы; во-вторых, мы способны к продвинутой радиоастрономии, что означает, что мы относительно технически подкованная цивилизация. Но как на счет еще кого-то кроме нас?

Так выглядит космический ландшафт, окружающий нашу крошечную голубую планету.

Представим, что внеземной цивилизации потребуется такое же невероятное количество лет, чтобы жизнь перешла от простейших форм к таким сложным организмам как Homo Sapiens, а затем совершила технологический скачок. Так как возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиардов лет, к настоящему моменту должно существовать по крайней мере несколько цивилизаций, колонизировавших галактику Млечный Путь.

Но, опять же, астрономы не видят никаких свидетельств существования таких цивилизаций. Когда они смотрят на звезды, тишина становится оглушительной.

Что такое Великий фильтр?

Великий фильтр трудно идентифицировать в том числе потому, что окружающая среда на планетах в других звездных системах может в корне отличаться от нашей. Абиогенез процесс превращения неживой природы в живую необычен. Возможно, он редко встречается во Вселенной и поэтому является Великим фильтром. С другой стороны, жизнь может возникать спонтанно, но подавляющее большинство живых организмов не выходит за пределы простых одноклеточных. Безусловно, Вселенная может буквально кишеть бактериями. Но бактерии не стоят космические корабли.

Великий фильтр также может являться следствием наличия технологий. Возможно, развитые цивилизации уничтожают себя с помощью какой-то технологии (например искусственный интеллект, нанотехнологии или машина судного дня). Посмотрите на нас мы уже более чем способны уничтожить себя посредством глобальной термоядерной войны. И, к сожалению, вполне возможно, что такие события вымирания практически неизбежны по всему космосу. К слову, именно об этом писал выдающийся ученый, астроном Карл Саган в своем знаменитом научно-фантастическом романе «Контакт».

Выдающийся астроном, астрофизик и популяризатор науки Карл Саган.

Великий фильтр также может являться внешним событием, никак не зависящим от самой цивилизации, вне зависимости от того, насколько она продвинута. Например, столкновение с гигантским астероидом или блуждающей планетой, соседний гамма-всплеск или взрыв сверхновой потенциально могут уничтожить всю жизнь на Земле или на любой другой планете, если уж на то пошло.

Вам будет интересно: Российский ученый предложил мрачное объяснение парадокса Ферми

Прошло ли человечество Великий фильтр?

Если Великий фильтр остался позади, это сулит человечеству как биологическому виду много хорошего. Например, мы можем захватить Вселенную. Но если Великий фильтр впереди, то мы скорее всего обречены. По этой причине некоторые исследователи интерпретируют наше кажущееся одиночество во Вселенной как хороший знак даже благословение поскольку это указывает на то, что мы благополучно прошли через Великий фильтр. Как это ни странно, но мы можем оказаться первым видом, прошедшим через Великий фильтр (в конце концов, кто-то же должен стать первым).

Возможно, на сегодняшний день мы единственная развитая цивилизация во Вселенной

С другой стороны, если бы мы обнаружим сигнал от сверхсовременной технологически развитой цивилизации, это может означать, что Великий фильтр все еще впереди. Человечеству может быть суждено пройти неожиданное космическое испытание. При этом к чему именно нужно готовиться, никто не знает.

Безусловно, Великий фильтр лишь теория. Но это невероятно привлекательная идея, вполне способная объяснить парадокс Ферми. Хотя вопрос «где все?» все еще не имеет ответа, теория Великого фильтра предлагает одну из лучших догадок, которые только можно придумать. А как вы думаете, прошло ли человечество Великий фильтр или же у нас впереди довольно мрачное будущее? Присоединяйтесь к участникам нашего Telegram-чата чтобы обсудить эту и другие не менее интересные темы.

С точки зрения физики путешествия назад во времени возможны.

Физика не может полностью исключить возможность путешествий во времени. Как общая, так и специальная теория относительности Альберта Эйнштейна показывают, что время относительно, так что ОТО открыта для возможности временных махинаций. Но если бы вы могли запрыгнуть в машину времени и отправиться в прошлое, стоило бы беспокоиться о создании парадоксов, меняющих ход истории? Как, например, в знаменитом рассказе Рэя Брэдберри «И грянул гром», главный герой которого наступил на бабочку во время своего путешествия, тем самым изменив собственный мир до неузнаваемости. Согласно результатам исследования, проведенного студентом Квинслендского университета и его научным руководителем, математические расчеты показывают, что путешествия во времени возможны без парадоксов Вселенная все уладит.

Парадоксы путешествий во времени

Классический мысленный эксперимент о путешествии во времени называется парадокс дедушки. Представьте, что вы решили вернуться в прошлое, чтобы убить своего деда. Попав туда вы убиваете его прежде, чем он познакомится с вашей бабушкой. И как вам тогда существовать, чтобы отправиться в прошлое и убить его? А если вас не существует, то кто в таком случае вернулся назад во времени и убил деда? Парадокс. Временная шкала больше не является самосогласованной.

Примечательно, что парадокс дедушки можно применить к самым разным историям о путешественниках во времени. В «Назад в будущее» Марти отправляется назад во времени, вмешивается в отношения своих родителей, флиртуя со своей мамой, не давая себе родиться. Но если Марти никогда не рождался, то как он смог вмешаться в интрижки своих родителей? Но если он не может вмешаться, то что мешает ему родиться? И так по кругу. Если бы не одно «но» некоторые решения уравнений Эйнштейна позволяют путешествовать во времени по замкнутым временным кривым.

Кадр из фильма «Назад в будущее». Марти со своей мамой во время одного из своих путешествий во времени.

Эти теоретические пути позволяют кому-то присутствовать при первоначальном событии, путешествовать в пространстве и времени и возвращаться к этому событию снова. Отметим, что точка возврата не является повторением исходного события. Это начальное событие. Последствия замкнутых временных кривых приводят к всевозможным сценариям путешествий во времени. Так, физик-теоретик Мичио Каку предполагает, что они могут включать в себя в том числе и путешествия сквозь червоточину и черную дыру.

Читайте также: Если кротовые норы существуют, можно ли путешествовать сквозь них?

Вселенная повелитель времени

В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Classical and Quantum Gravity, доктор Фабио Коста и студент Квинслендского университета Жерман Тобар хотели ответить на вопрос о том, возможны ли путешествия во времени без парадоксов.

«Некоторые физики считают, что это возможно, но логически принять путешествия во времени без парадоксов трудно, потому что это повлияло бы на нашу свободу воли свободу совершать любые произвольные действия. Это означает, что вы можете путешествовать во времени, но не можете сделать ничего, что могло бы вызвать парадокс», пишут авторы работы в пресс-релизе исследования.

Доктор Фабио Коста (слева) и Жермен Тобар (справа) обсуждают выводы своей совместной работы. Фото: Big Think

Еще больше интересных статей о том, что возможно на просторах нашей Вселенной а что нет, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Коста и Тобар пришли к выводу, что путешествия во времени могут быть последовательными и свободными от логических парадоксов. Чтобы проиллюстрировать это, ученые предлагают провести следующий мысленный эксперимент представьте, что вы путешествуете во времени, чтобы остановить пандемию COVID-19. После того, как вы найдете и изолируйте первого пациента, миссия (а с ней и парадокс) будет выполнена, верно? Согласно расчетам Тобара и Косты, нет. Математика предполагает, что временные события будут логически согласовываться с любым вашим действием. Например, вы можете подхватить вирус, стать нулевым пациентом и все равно устроить пандемию.

«Что бы вы ни делали, основные события просто перекалибруются вокруг вас», пишут исследователи. «Это означало бы, что пандемия начнется вне зависимости от ваших действий, даря вашему юному «я» мотивацию вернуться назад во времени и остановить ее. Ряд математических процессов, которые мы обнаружили, показывают, что путешествия во времени со свободной волей логически возможны в нашей Вселенной без какого-либо парадокса.»

Фабио Коста, ведущий автор исследования о путешествиях во времени.

«Математика проверена, а результаты отличный материал для научных фантастов», считают авторы исследования.

Безусловно, утверждение о том, что свободное от парадоксов путешествие во времени математически возможно не означает, что подобные путешествия возможны на практике. Даже если у вас получится добраться до ближайшей к нашей планете червоточине и попасть в нее, существует высокая вероятность, что вас просто-напросто раздавит еще до того, как вы окажетесь на другой стороне этого Вселенского тоннеля. Все зависит от того, как будут действовать законы квантовой гравитации, а в этой области теоретической физики все совсем не просто. Так что пока мы с вами можем быть повелителями времени на бумаге и в научно-фантастических произведениях. Что, на самом-то деле, совсем не плохо, согласны?

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

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

Странный квантовый мир

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

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

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

В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях.

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

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

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

Кошка в коробке

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

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

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

Не пропустите: Существует ли реальность без наблюдателя?

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

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

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

Квантовый переворот времени

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

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

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

Квантовый компьютер тихнологии будущего

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

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

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

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

Свет может одновременно вести себя и как частица и как волна

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

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

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

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

Природа реальности

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

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

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

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

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

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

Мир в суперпозиции

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

Находясь в состоянии суперпозиции кот одновременно ни жив, ни мертв

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

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

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

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

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

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

Параллельные миры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Мультивселенная Хокинга и Пенроуза

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

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

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

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

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

Теневые фотоны Дэвида Дойча

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

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

Дэвид Дойч британский физик-теоретик, профессор Оксфордского университета

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Путешествие во времени детерминировано и локально свободно, говорится в новой статье, разрешающей вековой парадокс.

Вряд ли сегодня на Земле найдется человек, который ни разу не задумывался о путешествиях во времени. Во многом это заслуга популярной культуры с самого момента своего возникновения, концепция путешествий во времени вошла в культуру и повлияла на наше восприятие времени. Как пишет в своей книге «Путешествия во времени. История» американский писатель, историк науки Джеймс Глик, самой концепции таких путешествий немногим более сотни лет. Так, если верить «Оксфордскому словарю английского языка», впервые термин «путешествие во времени» (англ. time travel) появился в английском языке в 1914 году обратным словообразованием от уэллсовского Путешественника во Времени (так писатель-фантаст Гербер Уэллс называет главного героя своего романа Машина времени (1895)). Выходит, каким-то невероятным образом большую часть своей истории человечество жило не задаваясь вопросом о том, что было бы, отправься они в прошлое или будущее. Теперь же, физики из Университета Кливленда разрешили вековой парадокс, доказав, что с точки зрения математики путешествия во времени теоретически возможны.

Парадокс дедушки

В ходе исследования, опубликованного в журнале Classical and Quantum Gravity физики из Университета Квинсленда использовали математическое моделирование, чтобы согласовать Общую теорию относительности (ОТО) Эйнштейна с классической динамикой. Теория Эйнштейна допускает возможность того, что человек, используя временную петлю, отправляется назад во времени, чтобы убить своего деда. Однако классическая динамика диктует, что последовательность событий, последовавших за смертью дедушки, завершится тем, что путешественник во времени перестанет существовать.

Британская The Independent приводит слова слова авторов исследования Жермена Тобара и Фабио Коста о том, что в течение многих лет они ломали голову над тем, как классическая динамика может соответствовать предсказаниям Эйнштейна. Их размышления в итоге привели к созданию математической модели, призванной выяснить могут ли эти две теории сосуществовать. В основу модели легла, как это не странно, пандемия коронавируса.

Допустим, вы путешествовали во времени, пытаясь остановить нулевого пациента Covid-19 от заражения вирусом. Однако если вы остановите этого человека от заражения, это устранит мотивацию для вас вернуться и остановить пандемию. Это парадокс непоследовательность, которая часто заставляет людей думать, что путешествия во времени не могут происходить в нашей Вселенной. Логически это трудно принять, потому что это повлияло бы на нашу свободу совершать любые произвольные действия. Это означало бы, что вы можете путешествовать во времени, но не можете сделать ничего, что вызвало бы возникновение парадокса.

Фабио Коста (слева) и Жермен Тобар (справа).

Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы первым узнавать новости о последних научных открытиях.

Несмотря на то, что сама математика сложна, она сводится к чему-то довольно простому. Дискуссия о путешествиях во времени фокусируется на замкнутых кривых, подобных времени, что впервые предположил Альберт Эйнштейн. И Тобар и Коста считают, что до тех пор, пока только две части целого сценария в рамках Cпециальной теории относительности (СТО) все еще находятся в «причинном порядке», остальное подчиняется свободе воли.

В примере с нулевым пациентом с коронавирусом вы можете попытаться остановить заражение нулевого пациента, но при этом вы подхватите вирус и сами станете нулевым пациентом или это будет кто-то другой. Что бы вы ни делали, основные события будут просто перестраиваться вокруг вас. Это будет означать, что вне зависимости от ваших действий пандемия произойдет, давая вашему молодому «я» мотивацию вернуться и остановить ее.

Как бы вы ни старались создать парадокс, события всегда будут приспосабливаться друг к другу, чтобы избежать любого несоответствия. Ряд математических процессов, которые обнаружили исследователи, показывают, что путешествия во времени со свободой воли логически возможны в нашей Вселенной без какого-либо парадокса.

Высокоточный машины времени сегодня есть только в фильмах и математических расчетах

Хотя это звучит разочаровывающе для человека, пытающегося предотвратить пандемию или убить Гитлера, математикам это помогает понять как мы думаем о времени. Так или иначе, новое исследование предполагает, что любой, кто в конечном итоге разрабатывает способ осмысленного путешествия во времени, может сделать это и экспериментировать без скрытого страха разрушить мир по крайней мере, не сразу.

Удивительная физика

Новое открытие также примечательно тем, что сглаживает проблемы с другой гипотезой, согласно которой путешествия во времени возможны, но сами путешественники будут ограничены в том, что делают это останавливает их от создания парадокса. В такой модели путешественники во времени могут делать все, что хотят, но парадоксы невозможны.

Читайте также: Возможны ли путешествия во времени?

Но несмотря на цифры и полученные результаты, главной проблемой путешествий во времени остается искривление пространства и времени, необходимое для того, чтобы попасть в прошлое машины времени, которые ученые разработали до сих пор, настолько высоконадежны, что в настоящее время существуют только как вычисления на странице. И все же, исследователи настроены оптимистично, ведь их работа предполагает, что мы будем свободны делать с миром все, что захотим в прошлом: он будет соответствующим образом перестраиваться.

Ученые не оставляют попыток ответить на вопрос о том, что такое реальность.

Что такое реальность? И кто может дать ответ на этот вопрос? В прошлом году ученые из Университета Хериота-Уатта в Шотландии проверили интересный эксперимент, результаты которого предполагают, что объективной реальности может не существовать. Несмотря на то, что когда-то эта идея была просто теорией, теперь исследователи смогли перенести ее в стены университетской лаборатории, а значит проверить. Так как в квантовом мире измерения с разных позиций дают различные результаты, но при этом одинаково верны, проведенный эксперимент показал, что в мире квантовой физики два человека могут наблюдать одно и то же событие и разные результаты; при этом ни одно из этих двух событий не может быть воспринято как неправильное. Иными словами, если два человека видят две разные реальности, то договориться какая из них правильная они не смогут. Этот парадокс известен как «парадокс друга Вигнера» и теперь ученые экспериментально его доказали.

Квантовая механика это раздел теоретической физики, который описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, электронов, фотонов, конденсированных сред, а также других элементарных частиц.

Парадокс друга Вигнера

В 1961 году лауреат Нобелевской премии по физике Юджин Вигнер всерьез задался вопросом о том, чем же является объективная реальность. Ученый предложил один из самых странных экспериментов в квантовой механике, который включал идею о том, что два человека могут наблюдать две разные реальности и ни один из них технически не будет ошибаться. Но как?

В ходе мысленного эксперимента, который и получил название «парадокс друга Вигнера», два ученых в лаборатории изучают фотон наименьшую количественную единицу света. Примечательно, что этот поляризованный фотон при измерении может иметь либо горизонтальную поляризацию, либо вертикальную. Но до измерения, согласно законам квантовой механики, фотон существует в обоих поляризационных состояниях одновременно в так называемой суперпозиции.

Итак, Вигнер представил себе, как его друг в другой лаборатории измеряет состояние этого фотона и запоминает результат, в то время как сам Вигнер наблюдает издалека. При этом у Вигнера нет никакой информации об измерении своего друга, а потому он вынужден предположить, что фотон и его измерение находятся в суперпозиции всех возможных результатов эксперимента.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области теоретической физики (и не только), читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

До измерения фотон находится в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно.

Но ведь это резко контрастирует с точкой зрения друга Вигнера, который действительно измерил поляризацию фотона и записал ее! Друг может даже позвонить Вигнеру и сказать, что измерение было сделано (при условии, что результат не будет раскрыт). Таким образом мы получаем две реальности, противоречащих друг другу, что ставит под сомнение объективный статус фактов, установленных двумя наблюдателями.

Примечательно, что до 2019 года пока шведские ученые не провели тот же эксперимент в лаборатории парадокс друга Вигнера являлся исключительно мысленным экспериментом. Точно так же, как и всемирно известный эксперимент, предложенный австрийским физиком-теоретиком Эдвином Шредингером.

Кот Шредингера мысленный эксперимент, описывающий абсурдность квантовой механики. Представьте, что у вас есть кот и коробка. В коробку вы помещаете кота, радиоактивное вещество и специальный механизм, открывающий колбу с ядом. В случае распада радиоактивного атома в закрытой коробке а это может произойти в любой момент механизм откроет емкость с ядом и кот погибнет. Вот только узнать, распался радиоактивный атом или нет, можно только заглянув в коробку. До этого момента, согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв, то есть находится в суперпозиции.

Кстати, недавно физики придумали как спасти кота Шредингера. Подробнее об этом увлекательном открытии читайте в нашем материале.

Объективной реальности не существует?

Для создания двух альтернативных реальностей в лаборатории исследователи использовали шесть запутанных фотонов. Одна реальность представляла реальность Вигнера, другая реальность его друга. Друг Вигнера измерил поляризацию фотона и сохранил результат, после чего уже сам Вигнер выполнил интерференционное измерение, чтобы определить, находятся ли измерение и фотон в суперпозиции.

Результаты, полученные командой ученых были неоднозначными. Оказалось, что обе реальности могут сосуществовать, даже если приводят к непримиримым результатам все как и предсказывал Юджин Вигнер. Но можно ли их согласовать?

Открытие шотландских ученых примечательно своей сложностью, так как впервые мысленный эксперимент такого рода удалось проверить в лабораторных условиях.

Идея о том, что наблюдатели могут в конечном итоге согласовать свои измерения некоторой фундаментальной реальности, основана на нескольких предположениях. Во-первых, универсальные факты действительно существуют и наблюдатели могут прийти к согласию относительно них. Вовторых, выбор, который делает один из наблюдателей, не влияет на выбор, который делают другие наблюдатели это предположение физики называют локальностью. Так что если существует объективная реальность, с которой все могут согласиться, то все эти предположения справедливы.

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Но результаты работы ученых из Университета Хериота-Уатта, опубликованной в журнале Science Advances, свидетельствуют о том, что объективной реальности не существует. Другими словами, эксперимент предполагает, что одно или несколько предположений идея о том, что существует реальность, с которой мы можем согласиться, идея о том, что у нас есть свобода выбора, или идея локальности должны быть ошибочны.

«Научный метод опирается на повсеместно согласованные факты, установленные путем многократных измерений, вне зависимости от того, кто проводил наблюдения», пишут исследователи в своей работе.

Не знаю как у вас, но у меня голова идет кругом, ведь полученные результаты предоставляют реальные доказательства того, что, когда дело доходит до области квантовой физики, такой вещи как объективная реальность не может существовать.

Одни из самых таинственных объектов во Вселенной, черные дыры, становятся понятнее с каждым годом.

На протяжении 50 лет физики-теоретики пытались разрешить знаменитый парадокс черных дыр, который предсказывает, что эти космические монстры гораздо сложнее, чем предполагает общая теория относительности. Дело в том, что согласно теории Эйнштейна, черные дыры на удивление просты. Если вы знаете массу, заряд и вращение черной дыры, то знаете о ней все, что нужно. Выходит, черные дыры одни из самых простых и понятных персонажей во всей Вселенной. Но эта кажущаяся простота порождает тревожный парадокс. В 1970-х годах знаменитый астрофизик Стивен Хокинг понял, что черные дыры не являются полностью черными. Вместо этого они излучают свет посредством тонкого квантово-механического процесса, действующего на их горизонтах событий или границах черных дыр, откуда ничто, даже свет, вырваться не может. Поскольку черные дыры настолько просты и могут быть описаны всего тремя числами, вся информация о материале, который попадает в черные дыры, по-видимому, заперта навсегда. Неважно, создадите ли вы черную дыру из мертвых звезд и межзвездной пыли или черную дыру из кошек; пока эти две черные дыры имеют одинаковый спин, массу и заряд, они будут идентичны. Но что в конечном итоге происходит с информацией?

Информационный парадокс

Вселенная удивительна. И очень жаль, что современные города загрязнены освещением так сильно, ведь звезд в ночном небе практически не видно. Между тем, если бы каждую ночь мы видели из окна Млечный Путь, а каждый август наблюдали за потоком Персеиды не выходя из дома, мы, наверняка, задумывались о Вселенной чаще. В конце концов, самые безумные физические теории, например, о множественности миров или о том, что с помощью черных дыр можно путешествовать в этот самый Мультиверс, могут оказаться реальностью, кто знает.

Ну а пока Андрей Линде и другие ученые предполагают, что наш Большой взрыв был не единственным, усилия других направлены на изучение черных дыр, существование которых удалось доказать несколько лет назад.

Стивен Хокинг, который посвятил массу научных трудов этим космическим монстрам, полагал, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая отсюда и так называемый информационный парадокс черной дыры. Если куча информации попадает в черную дыру, и информация не может быть уничтожена, то когда черная дыра исчезает и куда девается вся информация?

Снимок черной дыры, полученный помощью сети телескопов, расположенных на восьми континентах. То, что мы видим на снимке больше по размеру, чем вся наша Солнечная система. Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз.

Читайте также: Червоточины могут соединять черные дыры в разных вселенных

В серии прорывных работ физики-теоретики подошли мучительно близко к разрешению информационного парадокса черной дыры, который очаровывал и мучил их в течение почти 50 лет. Информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает из черной дыры.

Если прыгнуть в черную дыру, вы не пропадете навсегда. Частица за частицей, информация, необходимая для восстановления вашего тела, будет появляться снова. Большинство физиков давно предполагали, что так оно и будет; таков был итог теории струн ведущего кандидата на создание единой теории всего. Но новые вычисления, хотя и вдохновленные теорией струн, сами по себе не предполагают их существования.

Информация выходит наружу благодаря действию самой гравитации просто обычной гравитации с одним слоем квантовых эффектов, считают исследователи. Это своеобразное изменение роли гравитации.

Изменение роли гравитации

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация черной дыры настолько сильна, что ничто не может избежать ее. Более сложное понимание черных дыр, разработанное Стивеном Хокингом и его коллегами в 1970-х годах, не ставило под сомнение этот принцип. Хокинг и другие пытались описать материю в черных дырах и вокруг них с помощью квантовой теории, но они продолжали описывать гравитацию, используя классическую теорию Эйнштейна это гибридный подход, который физики называют «полуклассическим».

Хотя подход предсказывал новые эффекты по периметру дыры, внутренняя часть оставалась строго изолированной. Физики пришли к выводу, что Хокинг сделал правильный полуклассический расчет любой дальнейший прогресс должен был бы также рассматривать гравитацию как квантовую.

Больше по теме: Стивен Хокинг был прав: черные дыры способны испаряться

Такой черную дыру увидели создатели фильма «Интерстеллар»

Однако, именно это оспаривают авторы новых исследований. Как пишет Wired, они обнаружили дополнительные полуклассические эффекты новые гравитационные конфигурации, которые допускает теория Эйнштейна, но которые Хокинг не включал.

Поначалу приглушенные, эти эффекты начинают доминировать, когда черная дыра становится очень старой. Дыра превращается из царства отшельников в энергично открытую систему. Мало того, что информация просачивается наружу, все новое, что попадает в нее, извергается почти сразу. Пересмотренная полуклассическая теория еще не объяснила, как именно информация выходит наружу, но за последние два года темпы открытий были такими, что у ученых есть намеки на разрешение парадокса.

Так или иначе, перед теоретиками еще очень много работы само пространство-время, похоже, распадается на черную дыру, подразумевая, что пространство-время это не корневой уровень реальности, а возникающая структура из чего-то более глубокого. И хотя Эйнштейн понимал гравитацию как геометрию пространства-времени, его теория также влечет за собой распад пространства-времени, и именно поэтому информация в конечном счете может вырваться из своей гравитационной тюрьмы.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики, астрономии и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Черные дыры, квантовые компьютеры и нелокальность

В многочисленных попытках разрешить информационный парадокс черных дыр, исследователи прибегли к компьютерному моделированию, которое само по себе является физической системой; квантовое моделирование, в частности, не совсем отличается от того, что оно моделирует. Поэтому физики представили, что собирают все излучение, вводят его в массивный квантовый компьютер и запускают полную симуляцию черной дыры.

И это привело к замечательным результатам. Поскольку излучение связано с черной дырой, из которой оно пришло, квантовый компьютер тоже сильно связан с черной дырой. В рамках моделирования квантовая запутанность преобразуется в геометрическую связь между моделируемой черной дырой и оригиналом. Проще говоря, они соединены червоточиной.

О том, что такое квантовая запутанность я рассказывала в этой статье. Рекомендую к прочтению!

Есть физическая черная дыра, а затем смоделированная в квантовом компьютере, и между ними может быть точная копия червоточины, сказал Дуглас Стэнфорд, физик-теоретик из Стэнфордского университета и соавтор нового исследования. Эта идея является примером предположения 2013 года о том, что квантовую запутанность можно рассматривать как червоточину. Червоточина, в свою очередь, обеспечивает секретный туннель, через который информация может проникнуть внутрь.

Квантовые компьютеры для моделирования черных дыр ближе, чем кажется.

Дальнейшие обсуждения, неизбежно, касались того, как буквально понимать все эти червоточины. Червоточины настолько глубоко погружены в уравнения, что их связь с реальностью кажется слабой, но все же они имеют ощутимые последствия. Соединяя два удаленных местоположения, червоточины позволяют событиям в одном месте напрямую влиять на удаленное место, вот только частица, сила или другое влияние не пересекают промежуточное расстояние. Этот эффект физики называют нелокальностью.

Мы всегда знали, что в гравитации должны быть задействованы какие-то нелокальные эффекты, и это один из них, отмечают исследователи. Вещи, которые вы считали независимыми, на самом деле не являются таковыми.

На первый взгляд это удивительно. Эйнштейн построил общую теорию относительности с явной целью исключить нелокальность из физики. Гравитация не распространяется через пространство мгновенно. Она должна распространяться из одного места в другое с конечной скоростью, как и любое другое взаимодействие в природе.

Но за прошедшие десятилетия физикам стало ясно, что симметрии, на которых основана теория относительности, создают новое поколение нелокальных эффектов.

Так, в феврале 2020 года команда физиков обнаружила, что симметрии теории относительности оказывают даже более обширные эффекты, чем обычно предполагается, что может придать пространству-времени качество зеркального зала, наблюдаемое при анализе черных дыр.

Так черная дыра искривляет пространство-время.

Все это усиливает догадку многих физиков о том, что пространство-время не является коренным уровнем природы, а возникает из какого-то основополагающего механизма, который не является пространственным или временным. Новые вычисления говорят почти то же самое, но без привязки к двойственности или теории струн. Червоточины возникают потому, что являются единственным языком, который интеграл пути может использовать для передачи того, что пространство разрушается. Это способ геометрии сказать, что Вселенная в конечном счете негеометрична.

О том, какие еще удивительные теории о нашей Вселенной выдвигают физики-теоретики, читайте на нашем канале в Яндекс-Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

И хотя физикам потребуется время, чтобы подтвердить или опровергнуть результаты исследования, в конце концов, даже авторы работы не ожидали, что разрешат информационный парадокс черных дыр таким образом и без полной квантовой теории гравитации. Но если предположить, что их расчеты верны, то теория черных дыр больше не содержит логического противоречия, которое делает ее парадоксальной. Словом, Viva физика и человеческий разум.

Простое наблюдение явления неизбежно изменяет его

Из чего состоит реальность? Ответ на этот вопрос, вероятно, сокрыт в квантовой механике разделе физики, который описывает Вселенную на уровне элементарных частиц и их взаимодействий друг с другом. Знакомство с квантовым миром следует начинать с фундаментальных безмассовых частиц фотонов, которые способны вести себя и как частица и как волна (но не одновременно). Этот принцип известен как корпускулярно-волновой дуализм, а в его основе лежат идеи Исаака Ньютона. В ХХ веке их развитие представил физик-теоретик Макс Планк, а усилия Нильса Бора (еще одного основоположника квантовой механики) привели к постулированию принципа дополнительности, согласно которому решающим звеном наблюдаемой картины является наблюдатель. Если он измеряет свойства квантового объекта как частицы, то свет ведет себя как частица и наоборот. Но почему? И что поведение крохотных частиц говорит о нашей реальности?

Дуализм и эффект наблюдателя

Днем рождения квантовой механики считается 14 декабря 1900 года. В этот день на заседании Берлинского физического общества будущий лауреат Нобелевской премии Макс Планк ввел понятие кванта неделимой порции определенной величины (преимущественно энергии). Это фундаментальное открытие квантовых свойств теплового излучения положило начало многочисленным дискуссиям о природе света, который долгое время считался самой большой загадкой физики.

Широкое обсуждение свойств света в конечном итоге привело к формулировке принципа корпускулярно-волнового дуализма, а также эффекта наблюдателя. О последнем говорил еще в 1801 году Томас Юнг, после того, как провел свой знаменитый эксперимент.

Опыт Юнга конструкция с двумя узкими щелями, через которые проходили лучи света и попадали на лист бумаги, охватывая его целиком. Темные и светлые полосы, которые в результата эксперимента увидел Юнг, означали наличие у света интерференции явления, при котором световые волны накладываются друг на друга и приводят к перераспределению интенсивности света.

Двухщелевой опыт демонстрирует, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц

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

В ходе работы Юнг обнаружил, что даже пассивное наблюдение за квантовыми объектами фактически может изменить результат измерения. Так миру явился эффект наблюдателя, причиной которого является двойственная природа элементарных частиц, а наше представление о реальности с тех самых пор буквально трещит по швам.

Квантовый друг

Итак, существование разнообразных объектов (и даже самой Вселенной) зависит от наблюдателя, что кажется безумием. Однако на квантовом уровне все действительно так реальности не существует, если мы на нее не смотрим. В жизни все, разумеется, иначе Луна, например, никуда не исчезнет если на нее не смотреть.

Частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно. Эту особенность физики называют квантовой суперпозицией.

В 1961 году физик Юджин Вигнер провел интересный мысленный эксперимент. Он хотел понять что произойдет если применить квантовую механику к наблюдателю, за которым наблюдают. Представим, что в закрытой лаборатории находится Вигнер и его друг, который подбрасывает квантовую монету. Каждый раз монета может упасть как орлом, так и решкой, а значит каждый раз ученые будут наблюдать определенный результат.

Кстати, парадокс Вигнера представай являет собой усложненный эксперимент кота Шредингера.

Позже, когда Вигнер и его друг сравнят записи, друг будет настаивать на том, что видел определенные результаты после каждого броска. Сам Вигнер, однако, не сможет с ним согласиться, так как наблюдал и друга и монету в суперпозиции.

Больше по теме: Парадокс Вигнера: что нужно знать о двойственности реальности?

Из этой головоломки следует, что реальность, воспринимаемая другом, не согласуется с реальностью Вигнера. Первое время физик не считал это большим парадоксом, утверждая, что описывать наблюдателя как квантовый объект попросту абсурдно. И все же со временем он поменял свою точку зрения.

Кстати, по мнению Эйнштейна квантовые состояния имеют собственную реальность вне зависимости от воздействия на них человека. Его коллега и оппонент, выдающийся физик Нильс Бор и вовсе считал, что предсказать ход дальнейших событий в квантовой реальности невозможно.

Формирует ли наблюдатель реальность?

Еще интереснее выглядят результаты работы, опубликованной в журнале Science Advances в 2019 году. В ней физики предположили, что объективной реальности не существует вовсе а также пришли к выводу, что в микромире атомов и частиц факты могут быть субъективными, а наблюдатели могущественными. Интересно, что игнорировать эффект наблюдателя нельзя, так как это может привести к ошибкам в экспериментах на макроскопическом уровне, где квантовые эффекты попросту не будут заметны.

Интересный факт
Чтобы описать взаимодействие элементарных частиц физики используют волновую функцию состояние квантовомеханической системы, которая позволяет получить максимально полные данные о ней. Подробнее об этой сверхъестественной особенности мы рассказывали здесь, не пропустите.

Что такое реальность?

Сегодня целый ряд научных теорий предполагает, что существование тех или иных объектов и даже самой Вселенной зависит исключительно от наблюдателя. К такому выводу недавно пришли физики из Австралийского национального университета, изложив полученные результаты в научном журнале Nature Physics.

Но противоречия на этом не заканчиваются. Так, результаты еще одной научной работы, опубликованной в 2022 году показали, что реальность существует вне нашего сознания и изменить ее мы не можем. В то же самое время физики из Федерального университета ABC (UFABC) в Бразилии предположили, что реальность существует в глазах наблюдателя. К такому выводу ученые пришли разработав математическую структуру, которая позволяет понять природу принципа дополнительности в результате изучения физической реальности.

Что такое реальность? И зависит ли ответ на этот вопрос от наблюдателя?

Наш главный вывод заключается в том, что физическая реальность в квантовом мире состоит из взаимоисключающих факторов, которые дополняют друг друга, объясняют авторы научной работы.

В работе, опубликованной в журнале Communications Physics, исследователи также приводят слова знаменитого физика Ричарда Фейнмана: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, то вы точно ее не понимаете».

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и технологий? Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Парадоксально, но странность, присущая этому разделу физики, может оказаться полезной наряду с развитием квантовых технологий, таких как компьютеры, датчики и тепловые устройства. И так как мы вступаем в новую, квантовую эпоху, многое о природе реальности еще предстоит узнать. В конечном итоге квантовая механика полна таинственных явлений.

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

Словом, будущее нас ждет интересное. И так как свет может вести себя и как волна и как частица в зависимости от контекста, он по-прежнему остается одной из самых интригующих и красивых загадок квантовой механики. Увы, но на сегодняшний день единого ответа на вопрос о том, из чего состоит реальность и может ли она существовать без/с наблюдателем нет.

И если вы окончательно не запутались, рекомендуем обратить внимание на феномен, при котором квантовые состояния двух или более объектов оказываются взаимозависимыми. Заинтригованы? Тогда вам сюда!

Кадр из фантастического боевика «Грань будущего» с Томом Крузом и Эмили Блант

Каждый из нас рано или поздно столкнется со смертью. Но что происходит в момент умирания и после него? На протяжении всей своей истории человечество ищет ответы на эти вопросы. Христианство и другие авраамические религии предлагают вечную жизнь в раю или аду, а вот буддизм смотрит на процесс жизни и смерти несколько иначе, предлагая реинкарнацию. Боги древнего Египта, скандинавский фольклор, мифы Древней Греции все эти истории так или иначе связаны со смертью и попытками справиться с утратой. Но что, если посмотреть на смерть иначе? Что, если смерть это на самом деле не конец, а ваше сознание просто загружается и появляется в другом пространстве-времени?

День сурка

Помните фильм «Грань Будущего» 2014 года а еще «День сурка» 1993 года с Биллом Мюрреем в главных ролях? Эти фильмы похожи, так как главные герои застревают во временной петле и проживают один и тот же день снова и снова и снова и снова. Герои Мюррея и Круза умирают множество раз, но вновь просыпаются на том же месте и в то же время. На самом деле гипотеза временной петли крайне популярна среди фантастов и сценаристов всего мира, поэтому вы легко вспомните еще с десяток похожих фильмов и рассказов.

Но если подойти к истории про день сурка немного с другой стороны, то вопрос о том, может ли оказаться так, что смерти на самом деле не существует, звучит не так уж и глупо. Более того, возникает все больше вопросов вдруг мы просто каждый раз начинаем жизнь заново в другом пространстве-времени или возвращаемся в тот момент времени, где смерти удалось избежать?

Билл Мюррей и сурок летят на встречу следующему дню (кадр из фильма «День сурка»)

Роберт Ланца является главой Astellas Global Regenerative Medicine это институт регенеративной медицины, в котором занимаются разработкой методов лечения стволовыми клетками с акцентом на болезни, вызывающие слепоту. Напомню, что стволовые клетки являются предшественниками всех клеток и тканей организма человека. Эти клетки способны поддерживать свою численность с помощью деления и обладают способностью «превращаться» в различные типы клеток. С возрастом количество стволовых клеток в организме человека снижается.

Еще больше статей о последних научных открытиях в области космологии и физики читайте на нашем канале в Google News

Как пишет британская Express.co, по мнению доктора Ланца, смерть это не конец, а просто квантовая перезагрузка, которая перемещает сознание в другое место в альтернативном пространстве-времени. Ученый считает, что наше сознание просто создает то, что мы воспринимаем как Вселенную, а без индивидуума не существует вообще ничего.

Новая теория также предполагает, что время и пространство не могут быть измерены, а являются просто понятиями, созданными нашим умом, чтобы помочь нам хранить информацию. Более того, Ланца убежден, что сознание существует благодаря энергии, которая содержится в наших телах и высвобождается, как только физические тела прекращают процесс, который он называет «биоцентризмом». Примечательно, что эту теория Ланца выдвинул еще в 2012 году. Мой коллега Рамис Ганиев написал на эту тему увлекательную статью, рекомендую к прочтению.

Биоцентризм это нерелегиозная идеология или научный подход в природоохранном деле. Главное в биоцентризме интересы живой природы в том виде, в каком они представляются человеку.

Да здравствует квантовая физика Альберт Эйнштейн

Важно понимать, что когда мы говорим о теории биоцентризма, мы в то же самое время говорим об Альберте Эйнштейне. Именно он впервые предположил то, что впоследствии озвучил Ланца: когда наши физические тела умирают, энергия сознания сохраняется и может продолжить существование на квантовом уровне. Помните знаменитые слова Альберта Эйнштейна:

Энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь может трансформироваться из одной формы в другую.

Размышляя над словами Эйнштейна, Ланца предположил, что реинкарнация реальна, поскольку сознание содержится в самой Вселенной. В своем блоге для Huffington Post доктор Ланца пишет: «на самом деле именно теория относительности Эйнштейна показала, что пространство и время действительно относительны для наблюдателя.» Он добавляет: «если мир создан наблюдателем, мы не должны удивляться, что он разрушается вместе со смертью каждого из нас. Пространство и время исчезают, а вместе с ними исчезают и все Ньютоновские концепции порядка и предсказания.» Ученый указывает на убеждение Эйнштейна в том, что пространство и время это взаимосвязанные понятия и одно не может существовать без другого.

На фото доктор Роберт Ланца. Он считает, что время это исключительно человеческая конструкция

Сознание и время

Допустим, Ланца прав и время для погибшего человека действительно перезагружается а сознание появляется в другой точке пространства-времени. Однако есть кое-что, без чего ни то, ни другое не может существовать это наблюдатель. Это означает, что сознание просто вновь появляется в другой точке пространства-времени после смерти.

«Мы думаем, что прошлое это прошлое, а будущее это будущее. Но, как понял Эйнштейн, это просто не так. Без сознания пространство и время ничто; в действительности вы можете принять любое время прошлое или будущее как вашу новую систему отсчета. Смерть-это перезагрузка, которая ведет к новым возможностям.»

Роберт Ланца, глава Astellas Global Regenerative Medicine

Но есть еще кое-что, чего на данный момент никто не понимает это сознание. Ученым в полной мере неведомо что это, где находится и как именно функционирует. Разные исследователи и разные научные дисциплины по-разному смотрят на сознание и его возникновение, подробнее о том, как современная наука понимает сознание я писала в этой статье. Иными словами вопросов еще очень и очень много, но лично мне теория Ланца нравится, она довольно красивая. А что вы думаете об этой теории? Ответ будем ждать здесь!

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!

Вечный двигатель это то, что невозможно даже в теории. Он противоречит сам себе.

Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца. Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют. Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.

Можно ли запатентовать вечный двигатель

Прежде всего стоит определится, что запатентовать вечный двигатель невозможно. То есть, если вы найдете способ обмануть законы физики, вам, конечно, скажут спасибо, но коммерческих прав на свое изобретение вы иметь не будете. Максимум, вы получите Нобелевскую премию и сможете рассчитывать на всемирное уважение. Если вас это устраивает — стоит постараться и поработать в этом направлении.

Патенты на вечный двигатель перестали рассматриваться очень давно. Например, Патентное ведомство США не принимает такие заявки уже более ста лет, а Парижская академия наук с 1775 года не рассматривает проекты таких двигателей.

Что такое вечный двигатель

Если говорить о том, что такое вообще вечный двигатель, то все основные определения сводятся к тому, что это воображаемое устройство, которое работает неограниченно долго. А самое главное, у него должен быть КПД более 100%. То есть количество выдаваемой им энергии должно быть больше, чем та, которую он потребляет для работы. Это вечный двигатель первого рода.

На латыни вечный двигатель будет Perpetuum Mobile

Есть еще понятие вечного двигатель второго рода. Такой механизм должен получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу. Такой тип вечного двигателя невозможен по определению, так как это противоречит первому и второму закону термодинамики.

Может показаться, что космос в некотором роде можно назвать системой вечного двигателя, но это тоже не так. Светила рано или поздно погаснут, а планеты, спутники и галактики, которые движутся в пространстве, только кажутся вечными. На самом деле они постепенно рассеивают свою кинетическую энергию за счет сопротивления солнечного ветра, притяжения других объектов, теплового излучения и даже гравитационных волн.

Эта штука миллиарды лет крутится сама по себе, но она не может считаться вечным двигателем.

В космосе это почти незаметно, так как расстояние и размеры тел огромны, а силы сопротивления минимальны, но потеря энергии все равно есть. Проще говоря, если дать нашей планете бесконечное количество времени вращения, исключив изменения остальных факторов, рано или поздно она просто остановится. На самом деле все немного сложнее и в реальности ее притянет к Солнцу, но суть вы поняли.

Рев двигателей и комендантский час: как SpaceX вынудила жителей Техаса продать свои дома

Можно сказать, что двигатель тоже рано или поздно остановится, если дать ему бесконечно много времени (все равно мы не проверим), но именно для этого и есть требование, что вечный двигатель должен производить больше энергии, чем потреблять. Даже если он будет вырабатывать на ничтожную долю процента больше энергии, чем заберет, он сам сможет обеспечить себя топливом.

Немного юмора на тему вечного двигателя. Вот он!

Как сделать вечный двигатель

В мире было предпринято бесчисленное количество попыток сделать вечный двигатель. Конструкции предлагались самые разные, но объединяло их одно — все они не прошли проверку и не стали настоящим вечным двигателем. Хотя, на первый взгляд может показаться, что некоторые предложенные ниже конструкции будут работать, но это ошибка. Максимально близко к настоящей концепции вечного двигателя может приблизиться конструкция магнитного двигателя.

Перестают ли законы физики работать на краю Вселенной?

Вечный двигатель на магнитах

Конструкция вечного двигателя на магнитах может показаться простой и гениальной одновременно, но в ней есть одно но. Прежде всего, магнит, даже самый хороший, не может давать энергию бесконечно и его сила магнетизма со временем будет уменьшаться. В итоге, двигатель просто перестанет работать. Хотя изначально идея действительно не плохая.

Идея вечного двигателя стала активизироваться в умах изобретателей с появленим неодимовых магнитов. Их пытались применить где угодно, а Майкл Брэди даже сделал двигатель, который запатентовал, хоть и не как вечный.

Такие вещи немного завораживают:

Суть в том, что магнит притягивает расположенные на вращающемся колесе ответные части и проводит конструкцию в движение. Конструкция проста и незамысловата, но даже если не учитывать потери от трения или просто исключить их, поместив систему в вакуум, двигатель все равно не будет вечным. Как раз из-за того, что магниты со временем теряют свои свойства.

Первый вечный двигатель

В любом деле кто-то должен быть первым. Пионер был и в вечнодвигателестроении — им стал индийский математик Бхаскара. Упоминание вечного двигателя встречается в его рукописях, которые датируются XII веком.

5 самых великих ученых в истории человечества

В этих рукописях математик описывает механизм, который приводится в движение за счет перетекания ртути или другой жидкости внутри трубочек, которые надо разместить по окружности колеса. Конструкция выглядит перспективной из-за того, что жидкость на одной стороне колеса всегда будет находиться дальше от его центра.

Примерно так выглядел концепт первого вечного двигателя.

В реальности такая система не работает. Если сделать только две трубочки на разных сторонах колеса, то его действительно перевесит, но когда их много, разное положение жидкости в каждом все равно уравновесит систему и вращения не будет.

У Бхаскара были последователи, которые предлагали вместо жидкости использовать меняющие свое положение грузы. Кончено, все эти проекты были обречены на провал и постепенно первоначальная идея конструкции вечного двигателя сменялась другими.

Одна из вариаций на тему вечного двигателя Бхаскара.

Вечный двигатель Архимеда

На самом деле сам Архимед не изобретал никакого вечного двигателя. Он только сформулировал закон, согласно которому и работает следующая система. С этим законом знаком каждый, кто хоть раз бросал в воду мяч, поплавок или другой надувной предмет.

Так как то, что весит меньше, чем вода, выталкивается ей, это тоже можно использовать в качестве вечного двигателя и подобные концепты были. Например, можно попробовать поместить в систему шарики, которые будут всплывать из воды и раскручивать двигатель.

В этой конструкции не учтено только то, что невозможно сдержать выду в резервуаре, а если и возможно, то она будет давить на входящие поплавки с такой силой, которую не смогут компенсировать всплывающие.

Проблема в том, что в замкнутой системе отработанные шарики надо снова погружать в воду, а на это нужно больше энергии, чем появляется при всплывании. Именно поэтому система почти моментально придет в равновесие и перестанет двигаться. Если только не заставить жидкость находиться с одной стороны, то удержать ее без потерь будет невозможно. Если ее постоянно подливать, то такой механизм уже не будет соответствовать основным требованиям, предъявляемым к вечному двигателю.

Самая большая подводная лодка и история создания субмарин

Вечный двигатель на противовесах

Еще одна система вечного двигателя подразумевает использование смещенной системы, в которой подвешенные на цепь грузы должны тянуть за собой всю конструкцию.

Вот так должна выглядеть эта система и крутиться против часовой стрелки, но она очень быстро придет в состояние равновесия.

Такую конструкцию предложил нидерландский математик Симон Стевин. В цепочку должны быть объединены 14 шаров. Эту цепочку надо перекинуть через треугольную призму. Согласно задумке, с одной стороны будет в два раза больше шаров и они будут тянуть всю систему. При этом шары, которые висят снизу, не участвуют в процессе, так как уравновешены и не должны мешать работе на призме.

Звучит здорово и логично, но та часть системы, где шаров в два раза больше, имеет более пологую плоскость и составляющая силы тяжести шаров с этой стороны будет меньше. В итоге, система опять придет в равновесие и быстро остановится.

Это тоже не вечный двигатель, а просто игрушка, так как кинетическая энергия будет теряться.

Новая разработка Tesla сделает электромобили почти вечными

Почему невозможно создать вечный двигатель

В первую очередь, создание вечного двигателя невозможно из-за того, что он нарушает многие сформулированные и проверенные столетиями (и тысячелетиями) законы физики. Выработать в результате движения больше энергии, чем затрачено на приведение системы в движение, просто невозможно.

А что если так?

С другой стороны, многое раньше считалось невозможным. Вдруг человечество так до сих пор и не смогло найти фундаментальную ошибку ученых прошлого? Если вы хотели попробовать — попробуйте! Если не хотели заниматься этим, но у вас есть идея, которой вы готовы поделиться, то сделайте это в нашем Telegram-чате или в комментариях к статье.

Последние комментарии