необычная физика. физика необычного.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

10 мифов о квантовой Вселенной [начало]




(Иллюстрация: NASA/СХС/M.WEISS)На протяжении веков законы физики казались полностью детерминированными. Если мы знали, где находится каждая частица, как быстро она движется и какие силы были между ними в любой момент, мы бы точно знали, где они будут и что будут делать в любой момент в будущем. От Ньютона до Максвелла законы, управляющие Вселенной, не имели встроенной, присущей им неопределенности ни в какой форме. Единственные ограничения возникали из ограниченности знаний, измерений и вычислительной мощности.
Все это изменилось чуть более 100 лет назад, когда стало ясно, что чтобы мы ни пропускали через двойную щель, от радиации и фотоэлектрического эффекта до поведения света, то мы можем только предсказать вероятность того, что различные результаты возникнут как следствие квантовой природы нашей Вселенной. Но наряду с этой новой, нелогичной картиной реальности возникло много мифов и заблуждений. Вот что говорит реальная наука о 10 наиболее распространенных из них.
1) Квантовые эффекты возникают только в малых масштабах.
Когда мы думаем о квантовых эффектах, мы обычно думаем об отдельных частицах (или волнах) и странных свойствах, которые они проявляют. Но случаются крупномасштабные макроскопические эффекты, которые по своей природе являются квантовыми.
Проводящие металлы, охлажденные до определенной температуры, становятся сверхпроводниками, в которых сопротивление падает до нуля. Построение сверхпроводящих дорожек, когда магниты поднимаются над ними и движутся вокруг них, никогда не замедляясь, является в наши дни обычным студенческим научным проектом, основанным на квантовых эффектах.
Сверхтекучие жидкости могут быть созданы в больших, макроскопических масштабах, как и квантовые барабаны, которые одновременно вибрируют и не вибрируют. За последние 25 лет было вручено 6 Нобелевских премий за различные макроскопические квантовые явления.


Создавая дорожку, в которой внешние магнитные рельсы указывают в одном направлении, а внутренние магнитные рельсы указывают в другом, сверхпроводящий объект типа II будет подниматься, оставаясь закрепленным над или под дорожкой, и будет двигаться вдоль нее. Это, в принципе, может быть укрупнено, чтобы позволить движение без сопротивления в больших масштабах, если будут достигнуты сверхпроводники комнатной температуры. (Фото: HENRY MÜHLPFORDT / TU DRESDEN)2) Квант всегда означает «дискретный».
Идея о том, что вы можете разделить материю (или энергию) на отдельные порции - или кванты - является важной концепцией в физике, но она не в полной мере охватывает то, что означает, что что-то является «квантовым» по природе. Например: рассмотрим атом. Атомы состоят из атомных ядер со связанными с ними электронами.
Теперь подумайте над этим вопросом: где находится электрон в любой момент времени?
Даже если электрон является квантовой сущностью, его положение неопределенно, пока вы не измерите его. Возьмите много атомов и свяжите их вместе (например, в проводнике), и вы зачастую обнаружите, что, хотя существуют отдельные энергетические уровни, которые занимают электроны, их положения могут буквально быть где угодно в проводнике. Многие квантовые эффекты носят непрерывный характер, и вполне возможно, что пространство и время на фундаментальном квантовом уровне также являются непрерывными.
3) Квантовая запутанность позволяет информации перемещаться быстрее, чем свет.
Вот эксперимент, который мы можем выполнить:

• создать две запутанные частицы,
• разнести их на большое расстояние друг от друга,
• измерить определенные квантовые свойства (например, спин) одной частицы на одном конце,

и мы сможем узнать некоторую информацию о квантовом состоянии другой частицы мгновенно: быстрее, чем скорость света.
Но в этом эксперименте есть одна вещь: никакая информация не передается быстрее скорости света. Все, что происходит, заключается в том, что, измеряя состояние одной частицы, мы ограничиваем возможные результаты для другой частицы. Если кто-то берет и измеряет другую частицу, то у него не будет возможности узнать, что первая частица была измерена, а запутанность была разрушена. Единственный способ определить, была нарушена запутанность или нет, состоит в том, чтобы снова свести воедино результаты обоих измерений: процесс, который может происходить только со скоростью света или медленнее. Никакая информация не может быть передана быстрее, чем свет; это было доказано еще в теореме 1993 года.


Создав два запутанных фотона из ранее существовавшей системы и разделив их на большие расстояния, мы можем «телепортировать» информацию о состоянии одного, измеряя состояние другого, даже из абсолютно разных мест. Интерпретации квантовой физики, которые требуют как локальности, так и реализма, не могут объяснить множество наблюдений, но множественные интерпретации кажутся одинаково хорошими. (Фото: MELISSA MEISTER, OF LASER PHOTONS THROUGH A BEAM SPLITTER)4) Суперпозиция имеет фундаментальное значение для квантовой физики.
Представьте, что у вас есть несколько возможных квантовых состояний, в которых может находиться система. Может быть, она может находиться в состоянии «A» с вероятностью 55%, состоянии «B» с вероятностью 30% и состоянии «C» с вероятностью 15%. Однако, когда бы мы ни проводили измерения, мы никогда не увидим соединение этих возможных состояний; мы получим только один результат: «А», «В» или «С».
Суперпозиции невероятно полезны в качестве промежуточных этапов расчета, чтобы определить, какими будут наши возможные результаты (и их вероятности), но мы никогда не сможем измерить их напрямую. Кроме того, суперпозиции не применяются ко всем измеримым параметрам одинаково, так как мы можем иметь суперпозицию импульса частицы, но не ее положения и наоборот. В отличие от запутывания, которое является фундаментальным квантовым явлением, суперпозиция не поддается количественной или универсальной оценке.


В традиционном мысленном эксперименте с кошкой Шредингера вы не знаете, произошел ли результат квантового распада, приведшего к гибели кошки или нет. Внутри коробки кошка будет жива или мертва, в зависимости от того, распалась радиоактивная частица или нет. Если бы кошка была истинной квантовой системой, она не была бы ни живой, ни мертвой, но находилась бы в суперпозиции обоих состояний до тех пор, пока ее не пронаблюдали. Тем не менее, вы никогда не увидите, как кошка одновременно мертва и жива. (Иллюстрация: WIKIMEDIA COMMONS USER DHATFIELD)5) Нет ничего плохого в том, чтобы выбирать более предпочтительную квантовую интерпретацию.
Физика это все то, что вы можете предсказывать, наблюдать и измерять в этой Вселенной. Тем не менее, в квантовой физике существует множество способов понять, что происходит на квантовом уровне, и все они в равной степени будут согласовываться с экспериментами. Реальность может быть:

• ряд квантовых волновых функций, которые мгновенно «коллапсируют» при выполнении измерения,
• бесконечный «ансамбль» квантовых волн, где измерение выбирает одного «исполнителя» из ансамбля,
• суперпозиция движущихся вперед и назад потенциалов, которые встречаются в «квантовом рукопожатии»,
• бесконечное количество возможных миров, соответствующих возможным результатам, где мы просто находимся на одной из траекторий их эволюции,

а также многие другие.
Тем не менее, предпочтение одного толкования другому ничего нам не дает, кроме, возможно, укоренения в наших собственных человеческих предубеждениях. Лучше изучить то, что мы можем наблюдать и измерить в различных физических условиях, которые физически реальны, чем предпочесть интерпретацию, которая не имеет экспериментального преимущества перед другими.

• Перевод статьи "10 Myths About The Quantum Universe" Итана Сигела/Ethan Siegel

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Продолжение "10 мифов о квантовой Вселенной [окончание]"



(Иллюстрация: NASA/СХС/M.WEISS)Продолжение статьи "10 мифов о квантовой Вселенной [начало]"
6) Благодаря квантовой механике возможна телепортация.
На самом деле существует реальное явление, известное как квантовая телепортация, но оно наиболее определенно не означает, что реально возможно телепортировать физический объект из одного места в другое. Если вы берете две запутанные частицы и оставляете одну рядом, другую отправляя на желаемое расстояние, вы можете телепортировать информацию из неизвестного квантового состояния с одного конца на другой конец.
Это имеет серьезные ограничения, однако, в том числе то, что это работает только для отдельных частиц, и что может быть телепортирована только информация о неопределенном квантовом состоянии, а не какая-либо физическая материя. Даже если бы вы могли масштабировать это для передачи квантовой информации, которая кодирует все человеческое существо, передача информации - это не то же самое, что передача материи: вы никогда не сможете телепортировать человека с помощью квантовой телепортации.
https://www.youtube.com/watch?v=4pHJ...ature=emb_logo















7






FUTURYCON3076 подписчиков




10 мифов о квантовой Вселенной [окончание]

19 июня
394 дочитывания
3 мин.
620 просмотров. Уникальные посетители страницы.
394 дочитывания, 64%. Пользователи, дочитавшие до конца.
3 мин. Среднее время дочитывания публикации.






(Иллюстрация: NASA/СХС/M.WEISS)Продолжение статьи "10 мифов о квантовой Вселенной [начало]"
6) Благодаря квантовой механике возможна телепортация.
На самом деле существует реальное явление, известное как квантовая телепортация, но оно наиболее определенно не означает, что реально возможно телепортировать физический объект из одного места в другое. Если вы берете две запутанные частицы и оставляете одну рядом, другую отправляя на желаемое расстояние, вы можете телепортировать информацию из неизвестного квантового состояния с одного конца на другой конец.
Это имеет серьезные ограничения, однако, в том числе то, что это работает только для отдельных частиц, и что может быть телепортирована только информация о неопределенном квантовом состоянии, а не какая-либо физическая материя. Даже если бы вы могли масштабировать это для передачи квантовой информации, которая кодирует все человеческое существо, передача информации - это не то же самое, что передача материи: вы никогда не сможете телепортировать человека с помощью квантовой телепортации.

7) В квантовой Вселенной все неопределенно.
Некоторые вещи являются неопределенными, но многие вещи чрезвычайно четко определены и хорошо известны в квантовой Вселенной. Например, если вы берете электрон, вы не можете точно и одновременно знать:
его положение и его импульс,
или его момент импульса в нескольких, взаимно перпендикулярных направлениях,
при любых обстоятельствах.
Но некоторые вещи об электроне могут быть точно известны! Мы можем знать его массу покоя, его электрический заряд или его время жизни (которое кажется бесконечным) с точной уверенностью.
Единственными вещами, которые являются неопределенными в квантовой физике, являются пары физических величин, которые имеют определенную связь между ними: это пары сопряженных переменных. Вот почему существуют неопределенные отношения между энергией и временем, напряжением и свободным зарядом или угловым моментом и угловым положением. Хотя многие пары величин имеют присущую им неопределенность, многие величины все же точно известны.
8) Каждая частица одного типа имеет одинаковую массу.
Если бы вы могли взять две одинаковые частицы - например, два протона или два электрона - и положить их на абсолютно точные вес, то они бы всегда имели одинаковую массу в этой паре. Но это только потому, что протоны и электроны являются стабильными частицами с бесконечным временем жизни.
Если вместо этого вы взяли нестабильные частицы, которые распадаются через некоторое время - например, два верхних кварка или два бозона Хиггса - и поместили их на абсолютно точные весы, вы бы не получили одинаковые значения. Это потому, что существует внутренняя неопределенность между энергией и временем: если частица живет только в течение конечного промежутка времени, то существует внутренняя неопределенность в количестве энергии (и, как следует, из E = mc², массы покоя), которую имеет частица. В физике элементарных частиц это называется «шириной» частицы, и это может привести к тому, что собственная масса частицы будет неопределенной с точностью до нескольких процентов.
9) Сам Эйнштейн отрицал квантовую механику.
Это правда, что у Эйнштейна была известная цитата о том, что «Бог не играет в кости со Вселенной». Но аргумент против фундаментальной случайности, присущей квантовой механике, - то, о чем был смысл этой цитаты, - аргументирует, как интерпретировать квантовую механику, а не аргумент против самой квантовой механики.
Фактически, аргумент Эйнштейна заключался в том, что во Вселенной может быть больше взаимосвязей, чем мы можем обнаружить в настоящее время, и если бы мы могли понять законы, которые мы пока еще не раскрыли, возможно, то, что кажется нам случайным сейчас, могло бы раскрыться глубже в неслучайной истине. Хотя эта позиция не принесла полезных результатов, исследования основ квантовой физики продолжают оставаться активной областью исследований, успешно исключая ряд интерпретаций, включающих «скрытые переменные», присутствующие во Вселенной.


Нильс Бор и Альберт Эйнштейн, при обсуждении множества тем в доме Пола Эренфеста в 1925 году. Дискуссии Бора-Эйнштейна были одним из самых влиятельных процессов во время развития квантовой механики. Сегодня Бор известен за его вклад в квантовые методы, но Эйнштейн более известен за его вклад в понимание относительности и эквивалентности массы и энергии. (Фото: PAUL EHRENFEST)10) Обмен частиц в квантовой теории поля полностью описывают нашу Вселенную.
Это «маленький грязный секрет» квантовой теории поля, который физики изучают в аспирантуре: метод, который чаще всего используется для расчета взаимодействий между любыми двумя квантовыми частицами. Физики визуализируют это как обмен частиц между этими двумя квантами, наряду со всеми возможными дальнейшими обменами, которые могут произойти в качестве промежуточных шагов.
Если бы мы могли экстраполировать это на все возможные взаимодействия - на то, что ученые называют произвольными порядками зацикливания - это оказалось бы бессмыслицей. Данная техника является лишь приближением: асимптотический не сходящийся ряд, который разбивается на определенное число членов. Это невероятно полезная картина, но в основном неполная. Идея виртуального обмена частицами неотразима и интуитивна, но вряд ли является окончательным ответом на тайны Вселенной.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физик Галина Карабанова: «Вселенная чутко настроена на определенные значения чисел»

Как много мы знаем о Вселенной? Все началось 13,8 млрд лет назад. Большой Взрыв дал начало пространству, времени, гравитации, первому веществу и расширению Вселенной. О том, какой была ранняя Вселенная, почему теория Большого Взрыва не дает ответы на многие вопросы и причем здесь Мультивселенная — в интервью с магистром физики и популяризатором науки Галиной Карабановой.
– Что происходило во Вселенной в первые моменты её существования?
– Моментом Большого Взрыва считается то, как очень маленькая точка с очень-очень большой массой взорвалась. Но она взорвалась не в привычном для нас понимании. Все пространство и время возникло из этой точки — она стала очень резко растягиваться.
Изначально эта точка была во столько же раз меньше атома во сколько сейчас атом меньше, чем наш спутник, Луна. Это состояние было неустойчивым, и Вселенная начала расширяться. За какие-то очень маленькие доли секунд, она увеличилась в 10^25 раз. Было так жарко, что фотоны преобразовывались в пары частиц и античастиц, которые затем обратно схлопывались. Вся Вселенная была таким горячим супом из фундаментальных частиц. Это то, что происходило в первые моменты существования Вселенной.
– Почему вопрос о том, что было до Большого Взрыва, держит ученых в здоровом напряжении? Почему никто не знает на него ответа? И какие есть теории?
– Мне очень нравится фраза, по-моему Стивен Хокинг ее автор, что «спрашивать о том, что было до Большого Взрыва — это также бессмысленно, как и спрашивать, где находится юг, когда мы сами находимся на южном полюсе». То есть если мы находимся на юге, то, куда бы мы не посмотрели, везде будет север. Также и тут, мы не можем заглянуть и узнать, что же было до Большого Взрыва. Поэтому самый логичный ответ — было ничего.
Однако, существуют различные теории. Например, что до этого существовала Вселенная, которая схлопнулась в одну точку, а потом взорвалась новой Вселенной, но это невозможно проверить и подтвердить.


Развитие Вселенной с момента Большого Взрыва. Источник: https://www.astronews.ru/– Какова природа гравитации? Как она появилась?
– Гравитация — одно из четырех фундаментальных взаимодействий. Несмотря на то, что мы с ней встречаемся постоянно, и на Земле мы находимся благодаря гравитации, она является самым слабым взаимодействием из всех четырех.
С одной стороны это сила, с которой все массивные объекты притягиваются друг к другу. Общепринятой же теорией является теория относительности, в которой гравитация выступает в роли искривления пространства. То есть массивный объект, грубо говоря, создает в ткани пространства-времени такую ямку, и туда скатываются другие тела под воздействием его силы гравитации.
Гравитация появилась также после Большого Взрыва, как в принципе все, и была самой первой силой, которая отделилась от остальных. Она отделилась через 10^(–43) секунд — это количество времени называется планковское время. Большая температура не дала всему схлопнуться обратно. А благодаря гравитации уже появились первые звезды и прочие структуры.
– Как работает расширение Вселенной? Меняется ли оно с течением времени? И при чем здесь темная энергия и темная материя?
– Начнем с того, как вообще заметили, что Вселенная расширяется. Когда ученые начали изучать скорости движения соседних и далеких галактик, они заметили, что они не стоят на месте, а постоянно отдаляются от нас. Здесь можно сделать такой скоротечный вывод, что мы являемся центром Вселенной, поэтому от нас все убегает. Но все не так. Такими наблюдениями было выявлено расширение Вселенной. В какую бы точку Вселенной мы не поставили наблюдателя, в любой точке будет разбегание галактик от этого наблюдателя.
Казалось бы логичным, что Вселенная должна расширяться с замедлением. Например, мы подбросили мячик вверх, он с какой-то скоростью летит, и эта скорость постепенно уменьшается и в какой-то момент останавливается. Наша Вселенная могла бы действовать таким же образом, но нет. В 90-х годах, 30 лет назад астрономы обнаружили, что далекие галактики немного дальше, чем было вычислено, поэтому был сделан вывод, что все-таки то, что Вселенная расширяется с постоянной скоростью, — ошибка, она расширяется с ускорением. И в уравнение нашей Вселенной было добавлено такое слагаемое, как темная энергия.


Карта 98,8% видимой вселенной The Two Micron All Sky Survey. С 1969 по 2010 год велись непрерывные съемки неба в рамках этого проекта. Более 4 миллионов фото объединены в один атлас. Источник: http://www.incunabula.ru/– Что представляют собой эти загадочные темная энергия и темная материя? И как это объясняет расширения?
– Темная энергия причастна к расширению Вселенной. Это какая-то отрицательная энергия, которая расталкивает нашу Вселенную, это сложно описать словами. Ученые пока далеки от точного определения, что это такое. Просто мы видим, что Вселенная расширяется, значит, наверное, к этому что-то причастно. И эта энергия невидимая, поэтому ее назвали «темной», по аналогии с темной материей. Что это такое, еще не до конца изведано.
А темная материя к расширению Вселенной непричастна. Это просто дополнительная масса, так ее назовем. Например, мы смотрим на галактику, по ее движению мы примерно оцениваем, сколько она весит, но при пересчете всех звезд в составе галактики и умножении на среднюю массу звезды, так назовем, то есть при пересчете видимой массы, оказывается, что одни расчеты не сходятся с другими. Получается, что видимая масса — порядка 5%, а все остальное — просто невидимо для нас. И это никак не взаимодействует, не образует новых частиц, это какая-то дополнительная, добавочная масса, которая со всем остальным взаимодействует только гравитационно.


Источник: https://medium.com/– Какие космические объекты стали первыми во Вселенной, и почему именно они?
– Что мы здесь назовем космическими объектами? Как я уже сказала, сразу после Большого Взрыва появились фотоны, простейшие фундаментальные частицы. Затем, когда все подуспокоилось, расширилось, температура уменьшилась, образовались самые первые химические элементы — водород, в котором только протон и электрон и больше ничего, и более сложный элемент — гелий.
Затем под действием гравитации вот этот газ — водород и гелий, стал кучковаться и образовались газовые сгустки. Чем больше становился сгусток, тем больше он притягивал другой газ. Затем образовались газовые шары, которые стали первыми звездами. То есть они скучковались до такой большой массы, что запустилась термоядерная реакция, которая дала жизнь более тяжелым элементам. Эти звезды пожили, затем взорвались как сверхновые и раскидали эти тяжелые элементы по округе. И уже из новых газовых облаков стали образовываться новые звезды и так далее.
– Получается, звезды — самые простые космические объекты, которые сформировались из того, что было в начале, а затем определили дальнейшую химическую эволюцию Вселенной?
– Да. Затем уже, например, если образуется новая звезда, в которой достаточно много железа, углерода и других сложных элементов, то в этом процессе формирования может появиться система из планет и прочего. Более тяжелые элементы уже не просто в звезде находятся, их начинает выбрасывать за ее пределы, и таким образом формируются целые системы.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Звезда Бетельгейзе. Источник: https://ria.ru/– Большой Взрыв — одна из теорий. В чем ее недостатки? Какие есть научные альтернативы объяснения того, как возникла Вселенная?
– Да, это одна из теорий, но она все же общепринятая. Недостатками является то, что мы не знаем, что было до Большого Взрыва, почему он произошел.
Когда я описывала первые мгновения жизни Вселенной — это больше предположения, эти процессы мы не можем пронаблюдать напрямую, потому что они спрятаны от нас, скажем так. И мы не можем до конца понять, почему именно так получилось: например, образовывались пары протон и антипротон, и почему в итоге образовался миллиард частиц и античастиц, но все-таки на одну частицу было больше, и когда все это схлопнулось осталось только частицы, из которых все и состоит. Почему именно частицы, а не античастицы, например?
Не все процессы нам понятны. Но есть множество теорий, который сейчас пытаются выдвигать, они еще более запутанные и необъяснимые, поэтому не знаю, не стоит, наверное, об этом даже говорить.
Большой Взрыв — теория, которая остается общепринятой. Как я уже говорила, возможно, что-то схлопнулось до этого потом уже произошел Взрыв. Раньше вообще считалось, что Вселенная стационарна и такой была всегда.
– Получается, единственная теория, которая достойна, чтобы о ней говорили, — теория Большого Взрыва?
– Можно сказать и так. Конечно, у нее есть небольшие теории-«помощники», которые как бы дополнительно идут и объясняют какие-то отдельные события. Но по большей мере, Большой Взрыв — самостоятельная теория.
– Теория о Мультивселенной не является альтернативой Большому Взрыву? И в чем ее идея?
– Теория говорит о том, что существует не одна наша Вселенная, а их может быть множество. Но эти Вселенные тоже могли появиться в результате Взрыва. Нельзя сказать, что это альтернатива, это просто две соседние теории.


Источник: https://hi-news.ru/– Мультивселенная застряла где-то между наукой и фантастикой, но многие авторитетные ученые (Хокинг, Каку, Тайсон) являются сторонниками этой идеи. Какие у науки есть подтверждения тому, что существует множество параллельных миров?
– Прямых подтверждений, конечно, этому нет. Если бы были 100% доказательства, то это был бы сенсационный прорыв. А пока это только теория. Но у нее существуют противоречия. Такой пример приведу. Наша Вселенная очень чутко настроена на какие-то определенные значения чисел, будь какое-нибудь взаимодействие буквально на процент-пару процентов сильнее или слабее, то вообще могли бы никогда не зажечься звезды, могла бы не возникнуть разумная жизнь. Наша Вселенная очень чувствительна к этим параметрам. И сразу возникает вопрос, а вдруг это специально Бог так создал, что все могло появиться.
Но получается, что это не совсем так, потому что мы задаем вопрос о том, что специально ли для нас создана эта Вселенная, только потому что мы в ней появились. Может существовать множество Вселенных, в которых не развилась разумная жизнь, соответственно они не может задавать такие вопросы. То, что я сейчас сказала, это так называемый антропный принцип. Он утверждает, что во Вселенной должны появиться разумные наблюдатели, а мир, в котором невозможно такое, он не наблюдаем.
Выдвигаются различные физические теории, чтобы объяснить, эту точность, такую точную настройку констант, и такой теорией стала теория струн. Получается, мы видим три пространственных измерения и одно временное, но для того, чтобы объяснить все многообразие, нужно больше измерений и понимание, куда же они прячутся. Предполагалось, что они скручиваются в очень маленькое пространство.
Когда эту теорию выдвинули, казалось, что если мы поймем, как дополнительные измерения скручиваются в какую-то точку, то мы поймем, как устроена наша Вселенная. Но, когда теория была доведена до конца, выяснилось, что теория струн может свернуть измерения каким-то одним из 10^500 вариантов. Это значит, что может существовать такое количество Вселенных с какими-то другими константами. Это является косвенным подтверждением Мультивселенной. Потому что, чтобы не выбирать какое-то одно маловероятное событие, в котором зародилась такая наша разумная жизнь, Мультивселенная исполнила все возможные варианты, чтобы появился разумный наблюдатель, который может задавать вопросы.


Реликтовое излучение и «отпечатки» других Вселенных. Источник: https://spacegid.com/– Верно ли, что теория о существовании Мультивселенной не противоречит никаким законам?
– Да, она может и не противоречить никаким законам, но даже если есть какие-нибудь параллельные Вселенные, то не факт же, что они как-то вмешиваются в нашу жизнь, а нашу Вселенную можно считать достаточно изолированной, поэтому это может и не противоречить.
– Стивен Хокинг считал, что доказательство существования Мультивселенной можно найти в реликтовом излучении. Расскажите, пожалуйста, как это работает?
– Тут я предположу... Это опять приводит нас к Большому Взрыву. Если во время Взрыва образовалась не одна Вселенная, а несколько, то, возможно, в этот момент они могли как-то провзаимодействовать друг с другом и повлиять друг на друга, оставив «отпечатки».
Считается, что наша Вселенная однородна, но все равно в ней есть большие скопления, например галактик, а есть такие, так называемые, пятна, где на миллионы световых лет вообще ничего нет. Например, сверхпустота Эридана — самое большое такое пятно. Есть предположение, что пустота Эридана — отпечаток другой Вселенной. Например, в момент зарождения всех Вселенных, другая Вселенная гравитационно или как-то еще повлияла на то, что там вообще ничего нет.
И если мы будет находить такие «отметины» в реликтовом излучении и никак не сможем это объяснить физически, то сможем предположить, что, наверное, это было какое-то влияние другой Вселенной на раннем этапе жизни нашей Вселенной.


Сверхпустота Эридана. Источник: https://xn--80axnbdfh.xn--p1ai/– Как темная энергия может быть связана с параллельными мирами?
– Темная энергия способствует расширению нашей Вселенной, но мы не знаем ее природу, и откуда она взялась. Можно только предположить, что это влияние соседней Вселенной, которая действует на нашу и растягивает ее. Только такое может быть предположение.
– Получается, что само понятие темной энергии было введено потому, что не могли объяснить расширение с имеющимися константами?
– Да, то есть заметили, что Вселенная не просто расширяется, а с ускорением, и чтобы объяснить это ускорение ввели этот дополнительный термин.
– Как можно найти параллельный мир? И можно ли?
– Если бы я знала ответ на этот вопрос, я бы, наверное, тут не сидела. Сложно очень сказать. Из-за того, что мы точно не знаем, существуют ли параллельные Вселенные, из-за того, что бы не знаем, взаимодействуют они с нами или нет... Точного ответа нет.
Лично мое мнение....Найти его, наверное, можно, но попасть в него точно нельзя, даже если мы прыгнем в черную дыру, нас разберет на мельчайшие атомы. И есть еще такая теория, которая вообще никак не доказана, что если есть черные дыры, то есть и белые, где все наоборот. И что, может быть, черная дыра в нашей Вселенной, а белая — в другой, но это все очень голословно.


Первое фото черной дыры, сделанное весной 2019 года. Источник: https://www.bbc.com/– Как параллельные миры взаимодействуют между собой?
– Существуют различные предположения, что, может быть, Вселенные настолько похожи, что в одной вы кофе с утра попили, а в другой — апельсиновый сок. Но может ли это повлиять как-то на нашу жизнь.... Например, идет какой-то человек по дороге и мимо него вдруг резко машина проехала, а вдруг в какой-то параллельной Вселенной это закончилось для человека летальным исходом, а в этой он выжил.
А вдруг... сейчас я вообще скажу недоказанную какую-то вещь, которую вообще нельзя доказать...вы на самом деле умерли, но перезагрузились в другую Вселенную и продолжили жизнь вот с этого места. Так как это все бездоказательно, сложно сказать, как параллельные миры могут взаимодействовать между собой. Наверное, никак для обывателя. Мы никогда не увидим такую прозрачную перегородку, которую ты перешагнешь и попадешь в другую Вселенную.
Над материалом работали:
Галина Карабанова — магистр ядерной физики и технологий, популяризатор науки.
Интервьюер: автор канала «Космос для каждого» Елизавета Шишкина.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Загадка "шаровой молнии" наконец-то раскрыта?




Возникновение шаровой молнии из ударов "прямой"
На дворе 21 век, человечество планирует полёт на Марс, но о земном природном явлении – шаровой молнии знает не больше, чем египтяне о природе звёзд. Основной объём сведений об этом феномене составляют, как ни странно, лишь теоретические измышления. На сегодняшний день мы имеем только тысячи описаний этого явления и всего десяток гипотез.
Серьёзных исследований так никто и не проводил. Но возможно также предположить, что результаты просто засекречены, как и другие опыты с атмосферным электричеством.
Так что же нам известно об этом грозном и загадочном явлении?

1. Цвет шаровой молнии бывает очень разным: белым, оранжевым, красным и с оттенком зелёного.
2. Форма не всегда шарообразная. Может напоминать яйцо, грушу , конус и даже медузу.
3. Размер варьируется от десяти до двадцати сантиметров и редко достигает нескольких метров.
4. Светит, как стоваттная лампочка, иногда трещит или пищит и обычно создаёт радиопомехи. Чаще всего взрывается и выделяет запах озона. При этом производит разрушения и оплавляет предметы.
5. Движение горизонтальное, иногда вращается со скоростью несколько метров в секунду, иной раз зависает в воздухе неподвижно.
6. "Жизнь" завершается мощнейшей электрической вспышкой или даже пожаром.


Шаровая молния, возникшая от удара обыкновенной о землю.
Тайна рождения "шаровой молнии"

Как показывает статистика, огненные шары появляются во время грозы при разряде линейной молнии. Также зафиксировано много сведений о рождении их при ударах в деревья, землю или металл. Имеются данные о возникновении шаровых молний в грозовых облаках.
Бывали случаи, когда со вспышками сильного разряда из электрической розетки они выдувались как мыльные пузыри. Достигнув размера футбольного мяча, отрывались и плыли по комнате к окну. Подлетев к нему, не замедляя своего движения и не меняя формы, проходили сквозь стекло, словно их и не было.
Но чаще всего в стекле оставались отверстия от двух миллиметров до нескольких сантиметров. При этом ни оплавленного стекла, ни осколков не наблюдалось.
Всякий раз это чудо природы ведёт себя непредсказуемо, как будто бы наделено разумом....
Гипотезы

Наиболее распространённая - ионная модель.
Ещё в начале 20 века полагали, что ШМ состоит из ионов атмосферных газов или ионов испарённого металла, заряженных одновременно. Исходя их этой концепции, легко объясняется передвижение ШМ по ветру: она плывёт подобно облаку или надувному шарику, ибо её плотность близка к плотности воздуха. В случае же с движением против ветра или под углом к нему, на перемещение шаровой молнии сказывается электрическое поле. Ведь она заряжена и кулоновские силы могут пересилить ветер.


Ионная модель шаровой молнии.
Сейчас учёные склоняются к мысли, что это ионизированный сгусток плазмы, который провоцируется разрядом обыкновенной молнии. Иными словами, это индукционный разряд в вихревом кольце. Температура шара может составлять до 1000 градусов Цельсия. Впрочем, со слов очевидцев, очутившиеся поблизости от такого огненного шара люди не чувствовали тепла — вероятно, оно концентрируется внутри шара.
Некоторого прогресса удалось добиться команде ученых из Финляндии и США. Им удалось создать синтетический электромагнитный узел шаровой формы. Таким образом ученые предполагают, что шаровые молнии носят не только электрическую, но и квантовую природу.
И , наконец, в 2012 году китайским учёным в время эксперимента со спектографами удалось снять спектр шаровой молнии.


Фото шаровой молнии, сделанное китайскими исследователями.
Во время грозы Шаровая молния диаметром около 5 метров появилась на склоне во время и просуществовала 1,64 секунды. Впервые учёным удалось зафиксировать весь процесс: они получили видеозапись, звук и 82 снимка.
На снимках отчетливо виден момент, когда появляется спектр обычной молнии, а вместе с ним – спектр возникшей внизу плазменного канала шаровой молнии. Через 20 миллисекунд спектр обычной молнии исчез, а спектр шаровой – остался. Ввиду того что наблюдения проводились в темное время суток, получить изображения молнии на фоне окружающего ландшафта не удалось.
Результаты этих наблюдений стали экспериментальным доказательством теории, которую выдвинули советские физики ещё в 70-годы. Предполагалось, что огненный шар возникает при ударе обычной молнии в поверхность земли и испаряет составляющие ее элементы. Если в земле присутствует углерод, например в составе опавших листьев, он способен отнимать кислород из оксида кремния, замедляя процессы окисления.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физики обнаружили новый квантовый парадокс, ставящий под сомнение саму реальность



Если дерево падает в лесу, и никто не слышит его падения, издает ли оно звук? Некоторые ученые говорят, что нет.
А если кто-нибудь услышит? Если вы думаете, что это означает, что действительно был звук, возможно, вам придется пересмотреть свое мнение.
Мы обнаружили новый парадокс в квантовой механике — одной из двух наших самых фундаментальных научных теорий вместе с теорией относительности Эйнштейна — который ставит под сомнение некоторые здравые представления о физической реальности.

Квантовая механика против здравого смысла.

Взгляните на эти три утверждения:
Когда кто-то наблюдает за происходящим событием, оно действительно произошло.
Можно делать свободный выбор или, по крайней мере, статистически случайный выбор.

Выбор, сделанный в одном месте, не может мгновенно повлиять на отдаленное событие.
Все это интуитивные идеи, и они широко распространены даже среди физиков. Но наше исследование, опубликованное в Nature Physics, показывает, что все они не могут быть правдой — иначе квантовая механика должна перестать работать на каком-то этапе.
Чтобы понять, почему это так важно, давайте посмотрим на эту историю.
Рассматривалась пара далеких частиц в особом состоянии, теперь известном как «запутанное» состояние. Когда одно и то же свойство (скажем, положение или скорость) измеряется на обеих запутанных частицах, результат будет случайным — но будет корреляция между результатами для каждой частицы.
Например, наблюдатель, измеряющий положение первой частицы, может идеально предсказать результат измерения положения далекой частицы, даже не касаясь ее. Или же наблюдатель может вместо этого предсказать скорость. Они утверждали, что это имело естественное объяснение, если оба свойства существовали до измерения.
Хотя до окончательной проверки могут потребоваться десятилетия, если квантово-механические предсказания останутся верными, это будет иметь серьезные последствия для нашего понимания реальности — даже в большей степени, чем корреляции Белла.
Во-первых, обнаруженные нами корреляции нельзя объяснить, просто сказав, что физических свойств не существует, пока они не будут измерены.
Теперь ставится под сомнение абсолютная реальность самих результатов измерений.
Наши результаты вынуждают физиков вплотную заняться проблемой измерения: либо наш эксперимент не масштабируется, и квантовая механика уступает место так называемой «объективной теории коллапса», либо одно из трех предположений здравого смысла должно быть отвергнуто.
Существуют теории, которые постулируют «действие на расстоянии», согласно которым действия могут иметь мгновенный эффект в любом месте Вселенной. Однако это прямо противоречит теории относительности Эйнштейна.
Некоторые ищут теорию, которая отвергает свободу выбора, но они требуют либо обратной причиной связи, либо, казалось бы, конспиративной формы фатализма, называемой «супердетерминизмом».
Другой способ разрешить конфликт — сделать теорию Эйнштейна еще более относительной. Как думал Эйнштейна, разные наблюдатели могут расходиться во мнениях относительно того, когда и где что-то происходит, но то, что происходит — абсолютный факт.
Однако в некоторых интерпретациях, таких как реляционная квантовая механика, Кубизм или многомировая интерпретация, сами события могут происходить только относительно одного или нескольких наблюдателей. Упавшее дерево, которое наблюдал один, может не быть фактом для всех остальных.
Все это не означает, что вы можете выбирать свою собственную реальность. Во-первых, вы можете выбирать, какие вопросы задавать, но ответы дает мир. И даже в реляционном мире, когда два наблюдателя общаются, их реальности переплетаются. Таким образом возникает общая реальность.
Это означает, что если мы оба наблюдаем падение одного и того же дерева, а вы говорите, что не слышите его падения, вам может потребоваться слуховой аппарат.
Эрик Кавальканти, доцент (научный сотрудник ARC Future), Университет Гриффита.
Эта статья опубликована The Conversation.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

http://comandir.com/2020/07/04/35015...zen.yandex.com

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физики обнаружили квантовый парадокс, который ставит под сомнение саму реальность

31 августа
101 тыс. дочитываний
3 мин.
195 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
101 тыс. дочитываний, 52%. Пользователи, дочитавшие до конца.
3 мин. Среднее время дочитывания публикации.






Если дерево падает в лесу и его никто не слышит, издает ли оно звук? Возможно нет, считают некоторые.
Физики обнаружили новый парадокс в квантовой механике-одной из двух наших самых фундаментальных научных теорий, наряду с теорией относительности Эйнштейна, – который ставит под сомнение некоторые здравые идеи о физической реальности.
Взгляните на эти три утверждения:
Когда кто-то наблюдает за происходящим событием, оно действительно происходит.
Можно сделать свободный выбор или, по крайней мере, случайный выбор.
Выбор, сделанный в одном месте, не может мгновенно повлиять на отдаленное событие. (Физики называют это "локальностью".)
Все это интуитивные идеи, и в них широко верят даже физики. Но наши исследования, например, последние, опубликованные в Nature Physics, показывают, что все они не могут быть истинными – или сама квантовая механика должна сломаться на каком-то уровне.
Битва за реальность

Квантовая механика чрезвычайно хорошо описывает поведение крошечных объектов, таких как атомы или частицы света (фотоны). Но само описание ... очень странно.
Во многих случаях квантовая теория не дает однозначных ответов на такие вопросы, как "где сейчас находится эта частица? Вместо этого она дает только вероятности того, где частица может быть найдена, когда ее наблюдают.
Есть идея, что физические свойства, такие как "положение", фактически не существуют, пока они не измерены. И более того, поскольку некоторые свойства частицы не могут быть полностью наблюдаемы одновременно – например, положение и скорость – они не могут быть реальными одновременно.
Всем известный Альберт Эйнштейн, считал эту идею несостоятельной. В статье 1935 года вместе с коллегами-теоретиками Борисом Подольским и Натаном Розеном он утверждал, что в реальности должно быть нечто большее, чем то, что может описать квантовая механика.
В статье рассматривалась пара удаленных частиц в особом состоянии, известном теперь как" запутанное " состояние. Когда одно и то же свойство (скажем, положение или скорость) измеряется на обеих запутанных частицах, результат будет случайным.
Однако в 1964 году североирландский физик Джон Белл обнаружил, что аргумент Эйнштейна рушится, если провести более сложную комбинацию различных измерений на двух частицах.
Это звучит невероятно, но его эксперименты убедительно показали, что корреляции Белла (который утверждал, что некоторые физические свойства, фактически не существуют, пока они не измерены) действительно имеют место.
Для многих физиков это является доказательством того, что Бор был прав: физические свойства не существуют, пока они не измерены.
Но это поднимает ключевой вопрос: что такого особенного в "измерении"?
Наблюдатель, наблюдаемый

Эксперименты с измерением похожи, как один, на знаменитый " кот " Шредингера, мысленный эксперимент, в котором судьба кошки в коробке запутывается со случайным квантовым событием.
Что все это значит?

Возможно, мы никогда не сможем провести этот эксперимент с настоящими людьми. Но, однажды можно будет создать убедительную демонстрацию, если "котом" будет искусственный интеллект человеческого уровня, работающий в квантовом компьютере.
Хотя до окончательной проверки могут пройти десятилетия, если квантово-механические предсказания останутся верными, это имеет серьезные последствия для нашего понимания реальности – даже больше, чем корреляции Белла.
И тогда обнаруженные нами корреляции не смогут быть объяснены простым утверждением, что физические свойства не существуют, пока они не измерены, тогда под сомнение ставится абсолютная реальность самих результатов измерений.
Существуют еще теории, такие как де Бройль-Бом, которые постулируют "действие на расстоянии", в котором действия могут иметь мгновенные эффекты в других частях Вселенной. Однако это находится в прямом противоречии с теорией относительности Эйнштейна.
Некоторые ищут теорию, которая отвергает свободу выбора, но они либо требуют обратной причинности, либо кажущейся заговорщической формы фатализма, называемой "сверхдетерминизмом".
Другой способ разрешить этот конфликт - сделать теорию Эйнштейна еще более относительной. Для Эйнштейна разные наблюдатели могли расходиться во мнениях относительно того, когда или где что – то происходит, но то, что происходит, было абсолютным фактом.
Однако в некоторых интерпретациях, таких как реляционная квантовая механика, квантово-квантовая механика или многомировая интерпретация, сами события могут происходить только относительно одного или нескольких наблюдателей. Упавшее дерево, замеченное одним, может не быть фактом для всех остальных.
Все это не означает, что вы можете выбрать свою собственную реальность. Во-первых, вы можете выбрать, какие вопросы вы задаете, но ответы на них дает мир. И даже в реляционном мире, когда два наблюдателя общаются, их реальности переплетаются. Таким образом, может возникнуть общая реальность.
А это значит, что если мы оба станем свидетелями падения одного и того же дерева и вы скажете, что не слышите его, вам, возможно, просто нужен слуховой аппарат.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://yandex.ru/turbo/novayagazeta...zen.yandex.com

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Новая идея физиков: «Пространство-время это голограмма, которая возникает из сети запутанных кубитов»

14 сентября
683 дочитывания
4,5 мин.
1,3 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
683 дочитывания, 52%. Пользователи, дочитавшие до конца.
4,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.






(Иллюстрация: era.by)Физики-теоретики, стремящиеся объединить квантовую механику и общую теорию относительности во всеохватывающую теорию квантовой гравитации, сталкиваются с так называемой «проблемой времени».
В квантовой механике время универсально и абсолютно; его устойчивые тиканья диктуют развитие запутанности между частицами. Но в общей теории относительности (теория гравитации Альберта Эйнштейна) время относительное и динамическое, измерение, которое неразрывно переплетено с направлениями x, y и z в четырехмерную ткань «пространство-время». Ткань искривляется под тяжестью материи, заставляя находящиеся поблизости предметы падать на нее (это сила тяжести) и замедляя течение времени по сравнению с отдаленными часами.
Объединение квантовой механики и общей теории относительности требует согласования их абсолютных и относительных представлений о времени. Многообещающий всплеск исследований квантовой гравитации дал последнего времени дал очертания того, как может выглядеть примирение, а также понимание истинной природы времени.
В контексте одной из новых теоретических попыток объяснить темную материю, ряд ведущих физиков теперь считают пространство-время и гравитацию «возникающими» явлениями: Изгибаемое, искривленное пространство-время и материя внутри него представляют собой голограмму, которая возникает из сети запутанных кубитов (квантовых битов информации), во многом подобно тому, как трехмерная среда компьютерной игры кодируется в классических битах на кремниевом чипе.

«Я думаю, что теперь мы понимаем, что пространство-время на самом деле является просто геометрическим представлением структуры запутанности этих лежащих в основе квантовых систем», - говорит Марк Ван Рамсдонк, физик-теоретик из Университета Британской Колумбии.

Исследователи разработали математику, показывающую, как голограмма возникает в «игрушечных вселенных», обладающих геометрией пространства-времени «рыбий глаз», известной как пространство «анти-де Ситтера» (AdS). В этих искривленных мирах пространственные приращения становятся все короче и короче по мере удаления от центра. В конце концов, пространственное измерение, простирающееся от центра, сжимается до нуля, достигая границы. Существование этой границы, которая имеет на одно пространственное измерение меньше, чем внутреннее пространство-время, или «объем», помогает вычислениям, предоставляя надежную основу для моделирования запутанных кубитов, проецирующих голограмму внутри. «Внутри основного объема время начинает драматически изгибаться и искривляться вместе с пространством», - говорит Брайан Суингл из Гарвардского и Брандейского университетов. «У нас есть понимание, как описать это в терминах «осадка» на границе», - добавил он, имея в виду запутанные кубиты.


Три различные версии «пустого пространства» с разными значениями энергии вакуума: пространство Минковского (энергия вакуума равна нулю), пространство де Ситтера (она положительна), и пространство анти-де Ситтера (она отрицательна). В пространстве Минковского две частицы, первоначально находившиеся в покое, остаются неподвижными по отношению друг к другу; в пространстве де Ситтера они разлетаются, а в пространстве анти-де Ситтера приближаются друг к другу. Чем больше значение энергии вакуума, тем сильнее разлет или сближение. (Иллюстрация: wikireading.ru)Состояния кубитов эволюционируют в соответствии с мировым временем, как если бы они выполняли шаги в компьютерном коде, создавая искаженное релятивистское время в основной части пространства AdS. Это единственное, что не совсем так работает в нашей Вселенной.
Здесь ткань пространства-времени имеет геометрию «де Ситтера», растягиваясь, когда вы смотрите вдаль. Ткань растягивается до тех пор, пока Вселенная не наткнется на границу, совершенно отличную от той, что существует в пространстве AdS: конец времени. В этот момент, в событии, известном как «тепловая смерть», пространство-время растянется настолько, что все в нем станет причинно отсоединенным от всего остального, так что никакие сигналы больше не смогут перемещаться между ними. Привычное понятие времени рушится. С этого момента ничего не происходит.
На вневременной границе нашего пространственно-временного пузыря запутанности, связывающие вместе кубиты (и кодирующие динамическое внутреннее пространство Вселенной), по-видимому, останутся нетронутыми, поскольку эти квантовые корреляции не требуют, чтобы сигналы передавались туда и обратно. Но состояние кубитов должно быть статичным и вневременным. Это рассуждение предполагает, что каким-то образом, подобно тому, как кубиты на границе пространства AdS порождают внутреннюю составляющую с одним дополнительным пространственным измерением, кубиты на вневременной границе пространства де Ситтера, в частности, должны давать начало Вселенной с динамическим временем. Исследователи еще не выяснили, как проводить эти расчеты.

«В пространстве де Ситтера, - сказал Суингл, - у нас нет четкого представления о том, как понять возникновение времени».

Один из ключей к разгадке - теоретические открытия, к которым пришли Дон Пейдж и Уильям Вуттерс в 1980-х годах. Пейдж из Университета Альберты и Вуттерс из Вильямса обнаружили, что запутанная система, которая является глобально статичной, может содержать подсистему, которая, с точки зрения наблюдателя, внутри нее развивается. Система, получившая название «историческое состояние», состоит из подсистемы, связанной с тем, что мы могли бы назвать часами. Состояние подсистемы различается в зависимости от того, находятся ли часы в состоянии, когда их часовая стрелка указывает на один, два, три и так далее.

«Но все состояние системы плюс часы не меняется со временем», - объяснил Свингл. «Нет времени. Это просто состояние - оно никогда не меняется».

Другими словами, время не существует глобально, но эффективное понятие времени возникает для подсистемы.
Группа итальянских исследователей экспериментально продемонстрировала это явление в 2013 году. Подводя итоги своей работы, группа написала: «Мы показываем, как статическое запутанное состояние двух фотонов может рассматриваться как развивающееся для наблюдателя, который использует один из двух фотонов в качестве часов, чтобы измерить временную эволюцию другого фотона. Однако внешний наблюдатель может показать, что глобальное запутанное состояние не развивается».


Амплитуэдр. (Иллюстрация: nanonewsnet.ru)Другая теоретическая работа привела к аналогичным выводам. Геометрические узоры, такие как амплитуэдр, которые описывают результаты взаимодействия частиц, также предполагают, что реальность возникает из чего-то вневременного и чисто математического. Однако до сих пор неясно, как амплитуэдр и голография связаны друг с другом.
Суть в том, что, по словам Свингла, «каким-то образом вы можете извлечь время из вневременных степеней свободы, используя запутанность».

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Принцип Паули: один из важнейших принципов в понимании природы вещества

Порой кажется странным, почему атомы и молекулы ведут себя определенным образом. Например, почему мы не можем проходить сквозь стены, но инфракрасное излучение через них проходит. Все может объяснить один принцип — принцип исключения Паули.















34






Naked Science44 079 подписчиков




Принцип Паули: один из важнейших принципов в понимании природы вещества

17 сентября
2,9 тыс. дочитываний
4,5 мин.
6,5 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
2,9 тыс. дочитываний, 44%. Пользователи, дочитавшие до конца.
4,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.




Порой кажется странным, почему атомы и молекулы ведут себя определенным образом. Например, почему мы не можем проходить сквозь стены, но инфракрасное излучение через них проходит. Все может объяснить один принцип — принцип исключения Паули.


©Wikipedia Принцип исключения Паули утверждает, что два электрона (или два любых других фермиона) не могут иметь одинаковое квантово-механическое состояние в одном атоме или одной молекуле. Другими словами, ни одна пара электронов в атоме не может иметь одинаковые электронные квантовые числа.
Этот принцип был предложен австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году для описания поведения электронов. В 1940-м он расширил принцип до всех фермионов в своей теореме о связи спина со статистикой. Бозоны — частицы с целым числом спинов — не следуют принципу исключения. Таким образом, идентичные бозоны могут занимать одно и то же квантовое состояние (как, например, фотоны в лазерах). Принцип исключения Паули применим только к частицам с полуцелым спином.
О спине проще всего думать как о вращении частицы вокруг собственной оси. Конечно, это сильное упрощение — и в реальности невозможно сказать наверняка, вращается ли на самом деле нечто столь малого размера вроде электрона. В общем говоря, спин подчиняется тем же математическим законам момента импульса, что и все вращающиеся объекты в классической физике. Здесь есть два важных момента, о которых стоит помнить: скорость вращения и направление оси, вокруг которой частица вращается (верхний или нижний спин).


Вольфганг Паули во время лекции / © W. Dieckvoss Когда в 1922 году Отто Штерн и Уолтер Герлах открыли спин, их эксперименты показали, что присущий момент импульса, или спин, частицы вроде электрона квантовался, то есть мог принимать только определенные дискретные значения. Спин композитных частиц, таких как протоны, нейтроны и атомные ядра, — просто сумма спинов и орбитального момента импульса частиц, из которых они состоят, а значит, они подчиняются тем же условиям квантования. Таким образом, спин — это абсолютно квантово-механическое свойство частицы и оно не может быть объяснено классической физикой.
Позже выяснилось, что есть две подкатегории частиц: частицы с целым спином, известные сегодня как бозоны — среди которых фотоны, глюоны, W- и Z-бозоны, — а также гипотетические гравитоны и частицы с полуцелым спином: фермионы, включающие в себя электроны, нейтрино, мюоны и кварки, из которых состоят композитные частицы типа протонов и нейтронов. Различие между бозонами и фермионами можно описать тем, что у первых есть симметричные волновые функции, а у фермионов волновые функции асимметричны. Концепция частицы с полуцелым спином — очередной пример парадоксальной природы субатомных частиц: грубо говоря, фермиону нужно обернуться вокруг своей оси дважды, прежде чем он примет прежнее положение.
Важность этого различия для квантовой теории состоит в том, что волны вероятности бозонов «переворачиваются» — или инвертируются, — прежде чем успевают интерферировать друг с другом, что, по сути, и ведет к их «стадному» характеру и коллективному поведению в лазерах, сверхтекучих жидкостях и сверхпроводниках. Фермионы, однако, не переворачивают свои волны вероятности, что, помимо прочего, приводит к «асоциальному» характеру. Так и получается, что в квантовой механике складывать спины частиц нужно очень аккуратно и при помощи специальных правил вдобавок к моменту импульса.


Атом углерода. На первом энергетическом уровне (оболочке первого уровня) расположено два электрона. На втором — уже четыре / © AWS Все вышеописанное и подводит нас к одному из важнейших принципов в квантовой механике — принципу исключения Паули. Как было сказано выше, он гласит, что два идентичных фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние одновременно (хотя два электрона, например, могут приобрести противоположные спины, чтобы дифференцировать свои квантовые состояния). Этот принцип можно описать так: никакие два фермиона в квантовой системе не могут обладать одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел в любой момент времени. Принцип исключения Паули эффективно объясняет продолжительное существование очень высокоплотных белых карликов, а также существование разных типов атомов во Вселенной, крупномасштабную стабильность вещества и ее основную массу.
Чтобы понять важность этого принципа, необходимо знать, что, согласно боровской модели атома, электроны в атоме (существующие в том же количестве, что и протоны в ядре конкретного атома, чтобы общий заряд равнялся нулю) могут занимать только конкретные дискретные орбитальные позиции вокруг ядра, что также называют оболочкой атома. Чем ближе электроны к ядру, тем сильнее электрическая сила притягивает электрон внутрь и тем больше энергии понадобится, чтобы «вырвать» его из лап ядра. На самых близких к ядру орбиталях могут поместиться всего два электрона — один с верхним спином, а один — с нижним, чтобы иметь разные квантовые состояния. Оболочка энергетическим уровнем выше может вместить уже восемь, на уровень выше — 18, на следующем уровне — 32.
Принцип исключения Паули диктует, как электроны могут расположиться внутри атома по его орбиталям. Тот факт, что два электрона не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние, не дает им «нагромождаться» друг на друга, тем самым объясняя, почему материя занимает исключительно свое место и не позволяет другим материальным объектам проходить через себя, но в то же время позволяет проходить через себя свету и излучению.


Два атома формируют ковалентную связь. У каждого из атомов есть всего один электрон на самой дальней орбитали. Для получения более низкого энергетического состояния атомы объединяют свои электроны и образуют общую орбиталь, содержащую два электрона / © The Physics Mill Этот принцип также объясняет существование разных атомов в периодической таблице и разнообразие мира, окружающего нас. Например, когда атом получает новый электрон, он всегда попадает на самый низкий из доступных энергетических уровней (наиболее отдаленную от ядра орбиталь). Два атома с «закрытыми» оболочками не могут осуществить химическую связь друг с другом из-за того, что электроны одного атома не находят доступных квантовых состояний, которые они могли бы занять в другом атоме. Итак, порядок электронов, а именно — электронов на самой отдаленной орбитали, также влияет на химические свойства элемента и способность атомов ко взаимодействию с другими атомами, а значит, и на то, как взаимодействуют молекулы при формировании газов, жидкостей или твердых тел, и на то, как они объединяются в живых организмах.
Принцип исключения Паули — один и самых важных принципов в квантовой физике, по большей части из-за того, что все три типа частиц, из которых состоит вся обычная материя (электроны, протоны и нейтроны), подчиняются ему. Однако интересно, что этот принцип не поддерживается никакими физическими силами, известными науке. Когда электрон входит в ион, он каким-то образом уже «знает» квантовые числа электронов, находящихся там, то есть знает, какие атомные орбитали он может занять, а какие — нет.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Странные законы физики: Различия «большой» и «малой» реальности

12 сентября
547 дочитываний
3 мин.
989 просмотров. Уникальные посетители страницы.
547 дочитываний, 55%. Пользователи, дочитавшие до конца.
3 мин. Среднее время дочитывания публикации.




Смотрели «Человек-муравей и Оса»? Мне кажется, весьма забавный и динамичный фильм, несмотря на все научные неточности. Тем не менее, что довольно удивительно, из блокбастера можно извлечь парочку «уроков» физики из области квантовой механики.
Наблюдая за окружающим миром, мы интуитивно понимаем, что между действием и результатом существует причинно-следственная связь . Поэтому можем предвидеть развитие дальнейших событий. Например, если кто-то замахивается на меня кулаком (действие), я могу предсказать, что сейчас отхвачу по лицу (исход), и попробовать увернуться.


Я, конечно, не обладаю такими выдающимися способностями как Мухаммед Али. Поэтому уверен, что мне, скорее всего, избежать удара не получится, и я все равно озвездюлюсь. Точно так же, когда баскетболисты бросают мяч в кольцо, они знают с какой силой и в каком направлении необходимо сделать бросок, чтобы забить. Можно даже смастерить машину, которая постоянно была бы нацелена на кольцо и выстреливала мячом так, что всякий раз тот оказывался в корзине.
Говоря научным языком, знание начальных условий (скорость и направление в момент броска, а также условия окружающей среды) позволяют точно предсказать, где приземлится мяч. Это называется детерминизмом и предполагает, что прошлое определяет будущее.
Физика мелочей

Все это справедливо в отношении вещей, которые мы видим и воспринимаем нашими чувствами. Но что происходит, если смотреть на гораздо меньшие объекты?
Первое, что можно извлечь из Человека-муравья и Осы, заключается в том, что в очень малых масштабах законы реальности меняются. Пока Человек-муравей действует в масштабе, который мы еще видим и воспринимаем (например, в размерах муравья) привычные физические законы еще работают. Даже при таком масштабе можно предугадать (интуитивно), куда попадет нож, который в него бросили с определенной скоростью и направлением, и, таким образом, избежать попадания. Однако, когда Человек-муравей сжимается еще больше, до размеров элементарных частиц, в фильме наглядно демонстрируется, что законы природы значительно меняются.


Кадр из х/ф "Человек-муравей и Оса"Атомы, строительные кирпичики материи, имеют размер 10^-8 см. Это в миллион раз меньше размера, который можно увидеть невооруженным глазом. Законы, применимые к этим крошечным частицам, сильно отличаются от тех, которые применяются в привычном нам мире. Система правил, описывающая небольшие объекты, называется квантовой механика.
Странные законы физики квантового мира

Даже если мы знаем начальные условия движения конкретного атома, то в отличие от баскетбола, все равно не сможем точно предсказать, где частица окажется в будущем. Можно лишь утверждать, что есть одна вероятность того, что атом будет в точке А, и другая вероятность его нахождения в точке Б.
Это существенное и глубокое различие между квантовой физикой и классической физикой. Квантовая теория описывает, как вычислить вероятность того, что атом попадет в любую заданную точку, но не может определить, каков будет фактический результат.
В случае с моими звездюлями, если бы мы были в квантовом мире, то тут мой оппонент мог бы вообще не замахиваться или даже находиться в другом городе, мило беседуя со мной по телефону. Но при этом я мог бы с определенной долей вероятности в любой момент времени услышать знакомый голос "Нна, нафиг!" и почувствовать его кулак на своем лице :)


Квантовая теория описывает вероятности, но не может определить точный исход события. Источник изображения:Ситуация становится еще чуднее - мы не только не знаем наверняка, где будет атом до тех пор, пока это не проверим. Пока мы не сделаем измерения его состояния атом будет находиться во всех возможных местах сразу. Звучит странно, правда? Тем не менее, это подтвердили экспериментами.
Еще одно квантовое явление, которое создателям фильма удалось более или менее точно изобразить - это связь между Человеком-муравьем и Джанет (матерью Осы), которая застряла в квантовом мире. Связь устроена так, что в тот момент, когда с Джанет что-то случалось, это также затрагивало Человека-муравья. Это художественная демонстрация концепции под названием «квантовая запутанность», которая проявилась во многих экспериментах с элементарными частицами, к которым применима квантовая теория.
Квантовая запутанность - это явление, когда два крохотных объекта, например, атомы связаны друг с другом таким образом, что, если мы знаем состояние одного, то сразу же узнаем состояние другого.
Это как кукла вуду: сидит колдун, тыкает в нее иголочкой и знает, что где-то там за горизонтом мучается жертва :)


Источник изображения: thewestsidestory.netВ квантовом мире два объекта могут быть связаны друг с другом так, что знание информации об одном сразу же приведет и другой объект в такое же состояние. Из-за этого измерение одной запутанной частицы может немедленно повлиять на ее двойника. Даже если двойник находится на другом конце Вселенной, это произойдет мгновенно и без передачи межу ними какой-либо информации.
Такое поведение частиц казалось настолько абсурдным, что в знаменитой статье 1935 года Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена авторы утверждали, что квантовая теория должна быть обновлена, чтобы такие явления не допускались! На практике в конечном итоге произошло не обновление теории, а то, как мы понимаем реальность.
Один из самых любопытных вопросов физики, на который учёные до сих пор не знают ответ - когда и как происходит переход между квантовым и привычным миром? Квантовая физика описывает только элементарные частицы, но ведь все большие объекты состоят из атомов и молекул.
Как получается, что объединение частиц в одном месте в достаточном количестве заставляет их вести себя в соответствии с «разумными» причинно-следственными правилами? Как получается, что баскетбольный мяч, состоящий из триллионов атомов, к каждому из которых применима квантовая механика, ведет себя так, как это предписывает классическая физика? Самый вероятный ответ: «большая» реальность - это усредненный результат всех крошечных квантовых явлений.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Опровергнут «эффект бабочки» при путешествиях в прошлое







Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории экспериментально доказали, что в квантовой механике его не существует.



Василий Жуков
31 июля 2020 23:41



Для того, чтобы симулировать «эффект бабочки», ученые использовали квантовый компьютер. Они отправили в «прошлое» информацию — квантовые биты или же кубиты, а затем сильно повредили один из них. То есть фактически повторили то, что совершил герой известного рассказа Рэя Брэдбери, наступив на бабочку.
Однако дальше в эксперименте все пошло совсем не так, как в рассказе. Когда кубиты были возвращены в «настоящее», они оказались неповрежденным — так, будто реальность самовосстановилась.
«На квантовом компьютере нет никаких проблем с тем, чтобы симулировать обратную во времени эволюцию или же запуск процессов в прошлое, — говорит один из соавторов исследования, физик-теоретик Лос-Аламосской лаборатории Николай Синицын. — То есть мы реально можем посмотреть, что произойдет со сложным квантовым миром, если мы отправился назад во времени, причиним небольшие повреждения и вернемся обратно. Мы обнаружили, что наш мир в этом случае сохранится, и это означает, что «эффекта бабочки» в квантовой механике не существует».
Произведенные в прошлом повреждения, как выяснили Синицын и его соавтор Бин Ян, вызывают в настоящем лишь локальные и несущественные изменения. И это открытие имеет не только теоретическое, но также и вполне практическое применение.
Во-первых, оно может быть использовано для сокрытия информации на квантовых компьютерах. По словам Яна, получается, что поврежденную вследствие стороннего измерения информацию в запутанном состоянии можно затем легко восстановить, так как эти повреждения не увеличиваются вместе с процессом декодирования.
А во-вторых — для тестирования квантовых процессоров. Поскольку отсутствие «эффекта бабочки» имеет исключительно квантовую природу, то успешное повторение эксперимента Синицына и Яна на таком процессоре будет являться доказательством того, что он действительно работает на квантовых принципах.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Самые жуткие научные теории

17 октября
24 тыс. дочитываний
1 мин.









Взгляните, до чего додумались ученые! Некоторые из этих теорий вызывают неприятный холодок на спине. Или это все же надуманный «страх, у которого глаза велики»?..
Мозг в колбе

Так называют элемент, который применяется в некоторых мыслительных экспериментах для выявления особенностей человеческих мыслей о реальности. Гипотеза такова: так как мозг, источник сознания, работает на электроимпульсах, то раздражители извне можно сформулировать так, что мозг не отличит их от естественных.
Парадокс Ферми

Данная теория гласит, что мы, вероятно, не сможем распознать инопланетную цивилизацию, даже если она находится у нас под самым носом.
Вот представьте муравейник в лесу. И рядом вдруг решили проложить трассу. Поймут ли муравьи, зачем это делается? Вряд ли.
То же и с людьми. Мы могли бы получать спецсигналы с другой планеты, но из-за нашей умственной ограниченности инопланетяне вряд ли захотят общаться с нами. Как и мы — с муравьишками.
Василиск Роко

Этот мыслительный эксперимент подразумевает, что однажды человечество создаст искусственный интеллект, а тот покарает всех, кто мешал его разработке. Такой Василиск создаст целый виртуальный мир с двойниками всех нас. И великим грешником станет всякий, кто знал об этом демиурге, но пальцем о палец не ударил, чтобы помочь ему появиться на свет пораньше. Таких провинившихся ждут вечные муки.
Ложный вакуум

Данная теория уверяет, что Вселенная состоит из уймы метагалактик. Наша метагалактика — это маленький пузырек на поверхности воды, кипящей в гигантском котле. И однажды ложный вакуум трансформируется в истинный, а наша галактика в одночасье лопнет.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Физик: Вся Вселенная представляет собой нейронную сеть



«Идея определенно безумная, но достаточно ли она безумна, чтобы быть правдой? Это еще предстоит выяснить».
Не каждый день мы сталкиваемся с исследованием, которое пытается переопределить реальность.
Но в провокационной статье, загруженной на arXiv этим летом, профессор физики из Миннесотского университета в Дулуте по имени Виталий Ванчурин пытается переосмыслить реальность особенным способом — предполагая, что мы живем внутри массивной нейронной сети, которая управляет всем вокруг. Другими словами, как он написал в статье, «вполне возможно, что вся Вселенная на самом фундаментальном уровне представляет собой нейронную сеть».

В течение многих лет физики пытались совместить квантовую механику и общую теорию относительности. Первое утверждает, что время универсально и абсолютно, а второе, что время относительно, связано с тканью пространства-времени.
В своей статье Ванчурин утверждает, что искусственные нейронные сети могут «демонстрировать примерное поведение» обеих универсальных теорий. Поскольку квантовая механика «является чрезвычайно успешной парадигмой для моделирования физических явлений в широком диапазоне масштабов, — пишет он, — широко распространено мнение, что на самом фундаментальном уровне вся Вселенная управляется правилами квантовой механики, и даже гравитация должна каким-то образом выйти из этого».
«Мы не просто говорим, что искусственные нейронные сети могут быть полезны для анализа физических систем или для открытия физических законов, мы говорим, что именно так на самом деле работает мир вокруг нас», — говорится в обсуждении статьи.

Концепция настолько смелая, что большинство физиков и экспертов по машинному обучению, к которым мы обратились, отказались комментировать исследование, ссылаясь на скептицизм по поводу выводов статьи. Но в интервью с Futurism, Ванчурин склонился к полемике — и рассказал нам больше о своей идее.
Футуризм: в вашей статье утверждается, что Вселенная может быть нейронной сетью. Как бы вы объяснили свои рассуждения тому, кто не очень разбирается в нейронных сетях или физике?
Виталий Ванчурин: На ​​ваш вопрос можно ответить двумя способами.
Первый способ — начать с точной модели нейронных сетей, а затем изучить поведение сети в пределе большого количества нейронов. Я показал, что уравнения квантовой механики довольно хорошо описывают поведение системы вблизи состояния равновесия, а уравнения классической механики довольно хорошо описывают, как система удаляется от равновесия. Стечение обстоятельств? Может быть, но, насколько нам известно, квантовая и классическая механика — это именно то, как работает физический мир.
Второй способ — начать с физики. Мы знаем, что квантовая механика довольно хорошо работает в малых масштабах, а общая теория относительности довольно хорошо работает в больших масштабах, но пока нам не удалось согласовать две теории в единой системе. Это известно как проблема квантовой гравитации. Ясно, что нам не хватает чего-то большого, но, что еще хуже, мы даже не знаем, как обращаться с наблюдателями. Это известно как проблема измерения в контексте квантовой механики и проблема меры в контексте космологии.
Тогда можно возразить, что есть не два, а три явления, которые необходимо объединить: квантовая механика, общая теория относительности и наблюдатели. 99% физиков скажут вам, что квантовая механика является основной и все остальное должно каким-то образом возникать из нее, но никто точно не знает, как это можно сделать. В этой статье я рассматриваю еще одну возможность того, что микроскопическая нейронная сеть является фундаментальной структурой, а все остальное, то есть квантовая механика, общая теория относительности и макроскопические наблюдатели, вытекает из нее. Пока все выглядит многообещающе.
Что впервые навело вас на эту идею?
Сначала я просто хотел лучше понять, как работает глубокое обучение, и поэтому написал статью под названием «К теории машинного обучения». Первоначальная идея заключалась в применении методов статистической механики для изучения поведения нейронных сетей, но оказалось, что в определенных пределах динамика обучения нейронных сетей очень похожа на квантовую динамику, которую мы видим в физике. В то время я был в творческом отпуске и решил исследовать идею о том, что физический мир на самом деле является нейронной сетью.
Идея определенно безумная, но достаточно ли безумная, чтобы быть правдой? Это еще предстоит выяснить.
В статье вы написали, что для доказательства ошибочности теории «все, что нужно, — это найти физическое явление, которое не может быть описано нейронными сетями». Что ты имеешь в виду? Почему такое «легче сказать, чем сделать»?
Существует множество «теорий всего», и большинство из них, должно быть, ошибочны. По моей теории, все, что вы видите вокруг себя, является нейронной сетью, и поэтому, чтобы доказать, что это неверно, все, что нужно, — это найти явление, которое невозможно смоделировать с помощью нейронной сети. Но если подумать, это очень сложная задача, потому что мы очень мало знаем о том, как ведут себя нейронные сети и как на самом деле работает машинное обучение. Вот почему я в первую очередь попытался разработать теорию машинного обучения.
Как ваше исследование связано с квантовой механикой и обращается ли оно к эффекту наблюдателя?
Существует два основных направления мысли: интерпретация квантовой механики Эвереттом (или многомировая) и интерпретация Бома (или скрытых переменных). Мне нечего сказать нового о многомировой интерпретации, но я думаю, что могу внести свой вклад в теории скрытых переменных. В квантовой механике, которую я рассматривал, скрытые переменные — это состояния отдельных нейронов, а обучаемые переменные (такие как вектор смещения и матрица весов) — квантовые переменные. Обратите внимание, что скрытые переменные могут быть очень нелокальными, поэтому неравенства Белла нарушаются. Ожидается, что появится приближенная пространственно-временная локальность, но, строго говоря, каждый нейрон может быть связан с любым другим нейроном, и поэтому система не обязательно должна быть локальной.
Не могли бы вы подробнее рассказать о том, как эта теория связана с естественным отбором? Как естественный отбор влияет на эволюцию сложных структур / биологических клеток?
Я говорю очень просто. Есть структуры (или подсети) микроскопической нейронной сети, которые более стабильны, а есть другие структуры, которые менее стабильны. Более стабильные структуры переживут эволюцию, а менее стабильные структуры будут уничтожены. Я ожидаю, что в самых маленьких масштабах естественный отбор должен произвести некоторые структуры очень низкой сложности, такие как цепочки нейронов, но в больших масштабах структуры будут более сложными. Я не вижу причин, по которым этот процесс должен быть ограничен определенной шкалой длины, и поэтому утверждается, что все, что мы видим вокруг нас (например, частицы, атомы, клетки, наблюдатели и т. д.), Является результатом естественного отбора.
Мы были заинтригованы вашим первым письмом, где вы сказали, что сами, возможно, не все понимаете. Что вы имели в виду? Вы имели в виду сложность самой нейронной сети или что-то более философское?
Да, я говорю только о сложности нейронных сетей. У меня даже не было времени подумать о философском подтексте результатов.
Нужно спросить: означает ли эта теория, что мы живем в симуляции?
Нет, возможно мы живем в нейронной сети, но никогда не заметим разницы.