необычная физика. физика необычного.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=vJtSEmUC0DM
https://www.youtube.com/watch?v=mrP27WdA-LY

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Y8_ftFjsyW4RW0uB
Физики получили детальное изображение ядра внутри атома

24 января
21K прочитали




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





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

Содержание

1. Первое изображение атома
2. Метод электронной птихографии
3. Изображение ядра внутри атома
4. Как увидеть атом?
Первое изображение атома

Атомы настолько малы, что увидеть их невооруженным глазом, даже с помощью самого мощного микроскопа, невозможно. По крайней мере так было до 2009 года, пока физики не сфотографировали атом и окружающие его электроны. На снимках, опубликованных в журнале Physical Review B, показаны подробные изображения электронного облака одиночного атома углерода.
Отметим, что это первый случай, когда ученым удалось непосредственно наблюдать внутреннюю структуру атома. До этого, начиная с 1980-х годов, физики отображали атомную структуру материала с помощью математики и методов визуализации.


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

Часть проблемы заключалась в том, что согласно принципам квантовой механики электрон не существует как отдельная точка, которую можно увидеть – он распространяется вокруг ядра в облаке под названием орбиталь. Нежно-голубые сферы и расщепленные облака на изображении показывают два расположения электронов на орбиталях в атоме углерода. Эти структуры подтверждают ранние выводы ученых, так как соответствуют установленным принципам квантовой механики.
Больше по теме: Ученые наблюдали новый вид квантовой запутанности внутри атомных ядер
Метод электронной птихографии

Следующим шагом на пути к наблюдению атомной структуры стало изобретение ученых из Корнельского университета, которым удалось построить мощный детектор и установить мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Работа опубликована в научном журнале Science.
Этот инструмент представляет собой детектор пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD) со встроенными алгоритмами 3D-реконструкции, который смог уловить тепловое колебание атомов и получить их новое изображение в трех измерениях. До 2021 года все прошлые попытки представить и изучить отдельные атомы сводились к размытым изображениям.


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

Полученное в результате работы изображение стало возможным благодаря методу под название электронная птихография (ptychography) – сканирующая техника получения изображений объектов, крайне малых размеров, таких как электроны и рентгеновское излучение.
Подробнее о том, как птихография позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях и в каких еще областях науки можно применить эту технологию можно прочитать здесь.
Изображение ядра внутри атома

Итак, вот мы и подобрались к последнему по-настоящему поразительному открытию. На этот раз инструментом физиков стал не электронный микроскоп а релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC), в основе работы которого лежит принцип квантовой запутанности.
Напомним, что квантовой запутанностью называется связь двух (и более) частиц, свойства которых остаются одинаковыми вне зависимости от того, как далеко эти частицы находятся друг от друга. Альберт Эйнштейн, кстати, называл запутанность «сверхъестественной».


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

Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) – ускоритель частиц, предназначенный для изучения столкновений между тяжелыми ионами (золота, медь, уран и др.) на релятивистских скоростях. Как объясняют авторы изображения, принцип работы коллайдера напоминает метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которая позволяет увидеть что происходит внутри мозга и других органов.
Читайте также: Главные научные открытия 2022 года по версии Hi-News.ru
Благодаря новому методу, физики смогли получить представление о внутреннем строении атомов, а также стать свидетелями нового типа квантовой запутанности. Исследование этого эффекта считается одним из самых перспективных в современной физике – в ходе эксперимента ученые наблюдали за фотонами и ионами золота в момент их ускорения вокруг коллайдера RHIC и в результате заглянули внутрь атомных ядер.
Как увидеть атом?

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


Перед вами интригующее изображение атома, наиболее приближенное к тому, как они на самом деле выглядят. Снимок сделан с помощью ионного коллайдера RHIC, на котором ученые зарегистрировали траектории множества частиц, возникших в результате столкновения тяжелых ионов

Тем не менее увидеть атом и его ядро собственными глазами невозможно. Новое изображение, опубликованное в начале 2023 года, сделано с большой выдержкой, но даже мощнейшие научные инструменты с трудом способны уловить элементарные частицы, так как они невероятно малы.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!
Но вот что особенно важно – и новое изображение структуры атомных ядер и предыдущие изображения, полученные в 2009 и 2021 годах, соответствуют теоретическим предсказаниям и фундаментальным принципам квантовой механики. К тому же это первое в истории экспериментальное наблюдение квантовой запутанности (и ее новой формы) между разнородными частицами.
Тем не менее субатомный мир остается загадкой для ученых, которые пытаются выяснить как формируется наша реальность. Задача непростая, согласитесь.


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

Не пропустите: Мир в суперпозиции: три теории параллельных вселенных
К счастью, будущие эксперименты на RHIC (а также других коллайдерах и еще более мощных инструментах), позволят физикам не только детально изучить распределение глюонов внутри атомных ядер, но лучше понять сложно и таинственное устройство Вселенной. Больше о том, могут ли частицы появляться из ничего мы рассказывали в этой статье, рекомендуем к прочтению.
Физики получили детальное изображение ядра внутри атома

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZBB3--xRMBf21csT
Швингеровское рождение частиц из вакуума увидели в графене

Вчера
<100 прочитали









A. Schmitt et al. / Nature Physics, 2023

Физики увидели аналог рождения электрон-позитронных пар из вакуума под действием электрического поля большой напряженности, исследуя проводимость графенового транзистора. Поведение электронов и дырок в этом материале повторяет высокоэнергетическое поведение электронов и позитронов в вакууме и допускает спонтанное рождение пар частица-античастица при существенно меньших электрических полях, чем предсказывал Швингер. Ученые обнаружили такое рождение по поведению проводимости образца в зависимости от приложенного к транзистору напряжения. Исследование опубликовано в Nature Physics.
Объединение квантовой механики и специальной теории относительности позволило Дираку предсказать существование позитрона как состояния электрона с энергией, принадлежащей отрицательному континууму. Со временем эта идея вылилась в море Дирака – вакуумную модель, напоминающую таковую для электронов и дырок в полупроводнике. И хотя эта модель впоследствии была заменена полноценной квантовой теорией поля, ее иногда используют для наглядной иллюстрации некоторых физических эффектов.
Одним из примеров этого стало описание швингеровского рождения электрон-позитронных пар в электрических полях, превышающих некоторый предел — 1,32x1018 вольт на метр. В дираковской модели влияние такого поля можно представить в виде треугольного барьера между отрицательным позитронным и положительным электронным континуумами шириной в одну комптоновскую длину волны электрона. При критической напряженности поля положительный континуум опускается достаточно низко, чтобы электрон смог туннелировать в него, оставив в отрицательном континууме позитрон.


A. Schmitt et al. / Nature Physics, 2023

В квантовой электродинамике этот эффект получил иную интерпретацию: в ней фотоны перманентно участвуют в процессах квантовых флуктуаций, которые заключаются в краткосрочном рождении и уничтожении виртуальной электрон-позитронной пары. Теория Эйлера — Гейзенберга, описывающая этот процесс, предсказывает, в частности эффекты вакуумной нелинейности и фотон-фотонное рассеяние в нем. Для наблюдения эффекта Швингера и других эффектов требуются очень мощные источники лазерного излучения (не менее 1023 ватт на квадратный сантиметр), к которым физики приблизились лишь недавно.
Вместо этого эффект Швингера можно было бы увидеть в системах, в которых электронная энергетическая структура повторяет таковую в море Дирака, но в более доступных масштабах. Лучше всего на эту роль подходит графен, где зависимость энергии электронов и дырок от импульсов представляют собой смыкающиеся конусы (подробнее об этом читайте в материале «Тонко закручено»). Похожим образом будут выглядеть энергии электронов и позитронов, если смотреть на них на масштабе, много большем, чем масса этих частиц. Таким образом, графен может выступать в качестве модели для явлений релятивистской квантовой механики.
Ранее ученые уже наблюдали электрон-дырочный аналог эффекта Швингера в бесщелевом режиме, в котором полевой предел был равен нулю. Как и ожидалось, зависимость плотности тока от напряженности в этом случае сменяется с экспоненциальной на суперлинейную. Теперь же физики из Франции и Японии во главе с Орельеном Шмиттом (Aurélien Schmitt) из Высшей нормальной школы в Париже исследовали этот эффект в режиме одномерного транспорта, в котором в зонной структуре возникает небольшая запрещенная зона.
Образец, с которыми работали авторы, представлял собой полевой транзистор большой площади (длина и ширина более 10 микрометров), выполненный в виде однослойного графена, уложенного между слоями нитрида бора. Ученые работали в режиме высокой подвижности и плотности носителей заряда, а нужное поле создавал затвор транзистора. Это позволило им оставаться в режиме насыщения тока без активации зенеровского механизма туннелирования, конкурирующего со швингеровским.
Параметры транспорта подразумевали возникновение небольшой запрещенной зоны, равной 0,2 электронвольта, что соответствовало швингеровскому полевому пределу равному 60 мегавольт на метр. Выбор толщины слоев нитрида бора позволил добиться небольшой — не более микрометра — ширины баллистического перехода. Работа исследователей заключалась в построении зависимости дифференциальной проводимости транзистора от напряжения исток-сток, выраженного в единицах напряжения Швингера, которое было равно произведению полевого предела на ширину перехода. О подтверждении механизма свидетельствовало согласие этой зависимости с теоретическими расчетами в области, где другие вклады в проводимость не существенны.


A. Schmitt et al. / Nature Physics, 2023

Режим одномерного транспорта, в котором работали физики, основан на прохождении барьера с помощью механизма Клейна. Он возникает тогда, когда падающий на барьер электрон рекомбинирует с дыркой, рожденной спонтанно вместе с еще одним электроном, который вылетает по другую сторону. Этот эффект был изначально предсказан для релятивистских частиц, где он обеспечивает стопроцентное прохождение барьера. Подтверждение этого эффекта физики наблюдали в системах, эквивалентных релятивистским: топологическом сверхпроводнике, фононных кристаллах и электрических цепях.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Энергия - что это такое?

3 дня назад
1,7K прочитали




Что мы с вами знаем об энергии? Потенциальная, кинетическая, электрическая, тепловая... и ещё куча видов, но что есть сама по себе энергия? Это субстанция, это излучение, это материя? Этот вопрос я пытаюсь выяснить уже давно.





Энергия выглядела бы как-то так, если бы мы могли её видеть

Мы привыкли говорить о том, что тела обладают энергией. Известное уравнение Е=mc2 говорит именно об этом. То есть энергия вроде как зависит от массы, поскольку скорость света с - величина постоянная.
Когда мы например, нагреваем тело - оно получает энергию. Когда оно остывает - оно её отдает в виде излучения или с помощью контакта с другими телами. Когда мы разгоняем протоны в коллайдере, мы добавляем им энергию с помощью электромагнетизма. Но если пучок протонов уже разогнан до 99,99% скорости света - добавление энергии не приводит к росту скорости и протоны... начинают наращивать массу. Да, массу, они становятся тяжелее. Кинетическая энергия пучка протонов в большом адронном коллайдере сопоставима с кинетической энергией Боинга-747, падающего на землю вертикально со скоростью 900км/ч. А изначально разгоняемый пучок протонов умещается в маленьком сосуде и имеет массу... маленькую, в общем. Ни о чем.


Столкновение частиц в коллайдере как будто рождает новые частицы из ничего - но на самом деле новые частицы рождаются из энергии, которой были накачаны исходные частицы до столкновения. В переводе на язык этой статьи - встретились две волны, и столкнувшись - прошли сквозь друг друга и породили третью.

Более того, исследования на коллайдерах показали, что сами протоны, и другие частицы, могут возникать казалось бы, из пустого пространства, и возникают. Но не из совсем пустого - вакуум обладает энергией, отличной от нуля. Да, энергия не только плотно упаковывается в частицы, но и присутствует в вакууме, что как бы намекает нам о том, что мы живём в мире полей, а не частиц. И именно эта энергия может рождать частицы, а не наоборот. Это та же самая энергия, которая нагревает тела, та же самая энергия, что добавляет массу и увеличивает скорость. Так что же это вообще такое - энергия?!
Оказывается, мы этим словом называем то, что понимаем меньше всего. Раньше было понимание того, что всё состоит из неких мелких кирпичиков мироздания - атомов. Потом выяснили, что атомы это не самое мелкое, что есть во вселенной, а описание существования протона или электрона - это суть описание волны, которая как будто колеблется в неком объёме. Собственно, электрон больше напоминает по виду облако вокруг протона. Облако колебаний с отрицательным зарядом. А протон - это три кварка с 1/3 заряда, связанные глюонами - там суть тоже кругом сплошная волновая функция, если сильно упрощённо. Но - заряд ЧЕГО? Как может быть 1/3 заряда? Откуда этот заряд берётся? Почему так, а не иначе?


Так выглядят электроны вокруг протона на самом деле. Напоминают стоячие волны в форме колец (на самом деле в форме шара)

Эти вопросы волновали меня давно, и я перелопатил кучу информации и сейчас попытаюсь её перевести на обычный человеческий язык.
Наш мир - это не мир частиц и излучения. Это не мир протонов, электронов и атомов. Это скорее мир полей. Про магнитное поле вы в курсе, возможно понимаете и что такое электрическое поле. А кто не понимает - представьте себе море. Спокойное море в штиль - это как физическое поле, как вакуум. А частицы в нашем мире - это как волны, идущие по морю.


Только в море без ветра волна будет затухать из-за трения, а в физическом вакууме трения нет и поле может колебаться сколь угодно долго. Закольцованная волна в полях физического вакуума - это и есть элементарная частица, а от энергии и формы этой волны и от взаимодействия с полями - зависит какая именно это будет частица. Тут ещё много непонятного и просто не исследованного современной физикой, но в целом ясно: наш мир - это мир полей, флуктуации которых полей кажутся нам частицами. И эти частицы постоянно обмениваются энергией... А количество энергии при этом остаётся неизменным! Энергия никуда не девается и ниоткуда не возникает, она только переходит из одной формы в другую - например, энергия поля плотно упаковывается в стоячую закольцованную трёхмерную волну, которую мы воспринимаем как частицу. Частица может отдать часть своей энергии другой частице - но каким образом? Тут два способа - передать часть своей амплитуды колебаний, или испустить по ткани пространства волну (в виде фотона или нейтрино, например), лишившись при этом части энергии.


Если делать анимацию, то волны тут должны не расходиться, а колебаться вверх-вниз. Такие стоячие волны в поле, видимо и являются элементарными частицами.

Получается энергия - это всего лишь некая числовая мера интенсивности колебания волн в физических полях. И измеряем мы энергию в джоулях или в электронвольтах, а что такое электронвольт? Это похоже на замер разности потенциалов в электротехнике, только в рамках некоторой части поля, в котором заперта стоячая волна на этом поле. Если по аналогии с морем и водой, стоячая волна - это как волны в бассейне, постоянно отражающиеся от стенок бассейна.


Анимация квантовых флуктуаций вакуума - суть колебание энергии поля. Почти как предыдущая картинка, только в 3D

Почему поля вообще колеблются - это загадка, есть куча версий на эту тему и даже анимации флуктуаций физических полей, но ясно одно - эти флуктуации происходят в физических полях постоянно, мы именно это и наблюдаем. С другой стороны, почему бы им не колебаться? Их колебаниям ничто не мешает, трения на тех масштабах нет и быть не может, а сами колебания могут быть обусловлены неравномерностью самого поля - и намного вероятнее существование не статичного поля, чем равновесного.
Кстати, о равновесии. По аналогии с известным каждому тепловым равновесием - все тела, а возможно и физические поля стремятся занять состояния, похожие на равновесные - тела стремятся к тепловому равновесию - а в рамках волны это значит, что амплитуды всех волн смешаются и на ткани пространства будет однородная рябь - наподобие реликтового излучения, которое как бы намекает нам, что вселенная находилась в неком почти статичном и близком во всех отношениях к равновесному состоянии.


Примерно так выглядело бы колеблющееся поле

Наше существование вообще обусловлено наличием неравновесных состояний - как химических, так электрических и термодинамических, и процессы, происходящие в нашей вселенной, стремятся к минимально возможным энергетическим состояниям - максимально снизить температуру, максимально снизить заряд. В начальной горячей вселенной это было невозможно, но поскольку вселенная расширяется - поля или увеличиваются, или растягиваются, и в конечном счёте амплитуда их колебаний станет минимальной, почти ровной, почти плоской. Если к тому времени (10 в 139 степени земных лет) остался бы наблюдатель, он бы увидел пустой, холодный чёрный космос без материи (материя это плотно упакованная энергия, а в растянутой вселенной нет нужды так упаковываться), без света (фотоны будут возникать, но редко - флуктуации вакуума минимальны) и без разности потенциалов - все поля придут в минимально возможные энергетические состояния. Пока вселенная расширяется, и пока в ней достаточная плотность энергии - наше существование ещё принципиально возможно.


При минимальной плотности энергии частицы уже не будут рождаться. И возможно, даже распадутся самые стабильные частицы - протоны

Физики же описывают энергию как набор числовых значений, присущих каждой отдельной области поля, а значения эти сильно похожи на разность потенциалов внутри поля, а это уже очень похоже на волну. А стоячая волна уже похожа на частицу. Как-то так.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZFuHIhF6lnJ9XvcW?from_site=mail
Из чего состоят электроны? И всегда ли это один и тот же материал?








Из чего состоят электроны?

Физик, занимающийся элементарными частицами, сказал бы, что они сами по себе являются элементарными частицами, поэтому они не состоят ни из чего, а скорее неделимы.
Физик-теоретик предпочел бы придерживаться теории струн, утверждающей, что электроны — это не что иное, как колебания фундаментальных струн в разных измерениях.
Квантовый физик сослался бы на корпускулярно-волновой дуализм, чтобы утверждать, что электроны — это просто облако вероятностей, распределенное согласно уравнению Шредингера.
Текущее понимание:

Согласно квантовой теории поля, электрон — это просто возмущение в квантовом поле. Чтобы дать хорошую аналогию, электрон подобен вибрации гитарной струны. Вы можете сказать, что вибрация содержится в самой струне, а струна — это среда, через которую поддерживаются вибрации. Однако вы НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ не можете сказать, что вибрация «состоит» из струны. Точно так же и электрон — это просто вибрация в собственном квантовом поле. И все свойства этого электрона, описываемые его волновой функцией, являются просто математическими аспектами этого уравнения.
Все ли электроны состоят из одного и того же материала?

Возвращаясь к предыдущему вопросу, поскольку электроны — это просто флуктуации, «материал» будет одинаковым (квантовое поле) для всех электронов. Теперь, когда мы установили, что они не состоят не из чего физического, вопрос сводится к следующему:
Как отличить один электрон от другого?
Другими словами,
какова идентичность электрона?
Возвращаясь к аналогии с гитарной струной, как мы различаем две музыкальные ноты гитары? Мы просто сравниваем определенные принципиальные параметры каждой вибрации с другой.
Так что же это за параметры электрона?
Что ж, ответ на этот вопрос — «принцип исключения Паули». Этот принцип гласит, что две одинаковые частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Квантовые состояния — это адрес электрона в атоме. По сути, Паули говорит, что два одинаковых электрона не могут иметь одинаковый адрес.
Вуаля! Этот адрес и есть идентификатор электрона.
Подытожим

1. Электрон состоит из квантов энергии. Мы не знаем из какой, но эта энергия проходит, как мы думаем, в нулевой точке возбуждения в электронном поле.
2. Электрон сделан из энергии, и это всегда одна и та же энергия. Это и есть тот самый «материал», из которого сделаны все электроны.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZGN6RDPITh5nnnAc?from_site=mail
Феномен замедленного времени. Случай в пригороде Пайгуано бросает вызов современной физике

Вчера
2,1K прочитали




Время – одна из интереснейших физических величин. Учёные бьются над разгадкой феномена растянутого времени. Большинство физиков в прошлом столетии было уверено, что эта величина статична и не может замедляться или ускоряться. Но, уже на сегодняшний день в лабораторных условиях были созданы экспериментальные установки, позволяющие времени идти замедленно. Известный физик Митио Каку утверждает, что через лет 50-60 людям будут доступны возможности перемещения в прошлое с помощью специальных аппаратов. Правда, повлиять на него будет невозможно, только созерцать. Но, и это неплохо, особенно, если что-то забыл.
Поводом для исследований растягивания времени стало несколько инцидентов. Мы рассмотрим один, наиболее удивительный. Произошёл он в горной местности в Чили. Как известно, эта страна является преимущественно горной. Из-за этого дороги приходится прокладывать прямо через горные массивы, что делает их довольно-таки опасными. И к сожалению, на этих участках трассы регулярно происходят аварии.
В 2002 году недалеко от городка Пайгуано столкнулись туристический автобус и два легковых автомобиля. На первый взгляд ничего страшного, но в группу из трёх транспортных средств влетела ещё одна легковушка. Из-за удара автобус вытолкнуло за пределы дороги, и он полетел в бездну. Высота падения составила около 200 метров. Находившиеся внутри люди практически не имели никаких шансов на выживание. Но, случилось невероятное!





Страшная авария закончилась без жертв.

Все участники ДТП спаслись. Причём, не получили ни ушибов, ни ссадин, ни переломов. Когда спасатели прибыли к месту трагедии, то перед ними предстал автобус в ужасном виде. Весь покорёженный, окна выбиты, при падении один из боков оказался вспорот остриём выпирающей скалы. Иными словами, заключение было однозначным – выжить было невозможно. Однако, никто не пострадал. Когда дело дошло до опроса чудесным образом выживших, то они рассказали о замедленном времени.
Когда автобус падал, то все, находившиеся внутри, уже были готовы принять смерть. Но вместо этого время практически остановилось. Люди наблюдали, как трескаются окна и ломается каркас автобуса. Всё происходило столь медленно, что водитель, сориентировавшись, открыл двери и находившиеся внутри пассажиры без труда выпрыгнули из транспортного средства, когда до земли оставалось полтора метра. Покинув его, ошарашенные произошедшим туристы, стали осматривать друг друга. Вся одежда оказалась в крови, но ни у кого не было никаких царапин и порезов. И это несмотря на то, что всё вокруг усыпали выбитые стёкла и покорёженные острые металлические детали каркаса автобуса.
Каким образом людям удалось избежать катастрофы? С помощью чего замедлилось время и почему одежда оказалась вся в крови, несмотря на отсутствие травм? На эти вопросы попытались ответить исследователи непознанного. Одним из вариантов было смещение реальности. Мир имеет множество действительностей. И катастрофа могла пойти по разным сценариям. Люди, которым угрожала смерть, коллективно активизировали энергетическое поле таким образом, что стенки между параллельными реальностями стали искажаться. При этом, искажение пространства повлекло за собой растягивание времени. Всему виной мозг человека, находившегося в экстремальной ситуации. В этот момент высвобождается огромное количество энергии, позволяющее искажать как пространство, так и время.
Подобный феномен широко известен во время военных действий. Так, солдаты, оказавшиеся вблизи какой-то угрозы, могли видеть, как на снаряде начинают появляться микротрещины, затем высвобождалась энергия, трещины краснели, и только потом происходила детонация. При нормальных условиях на это необходимо около 0,7-0,9 секунды, но люди успевали отбежать на безопасное расстояние и затем ещё внимательно пронаблюдать за взрывом.


Феномен времени только предстоит осознать физикам.

Вероятно, когда монахи Тибета заявляют, что через духовное саморазвитие и практики можно достигнуть безграничных возможностей – это и имеется в виду. Если человек научится в обычной жизни управлять энергией мозга для растягивания времени или искажения пространства, то это станет настоящей сенсацией. Есть предположение, что именно через такой путь развития можно научиться странствовать в прошлое или будущее. Однако, физики имеют на этот счёт другую точку зрения.
Технический процесс уже позволяет создавать установки, в которых время движется по-другому. Забравшись внутрь и просидев там сутки, вся аппаратура указывала на то, что прошло 23 часа и 56 минут. То есть, разница в 4 минуты. Данные эксперименты широко известны, но пока это лишь первые шажочки к чему-то великому. Будет ли создана когда-нибудь машина времени или нет – большой вопрос. Но тот факт, что время нелинейно – пора признать.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YgNkCGQ7WnJZmRsQ
Феномен информации в физике: как простое становится необъяснимым

9 февраля 2022
5,6K прочитали




В процессе знакомства с квантовой физикой и при попытках дойти до сути строения вещества упираешься в непонимание его устройства с точки зрения современной науки. Ученые пока однозначно не могут утверждать, из чего именно состоит материя и мы это уже обсуждали тут. Да, гипотезы существуют, но все они в итоге или до конца не доказаны, или имеют множество противоречий.
Как вообще информация привязалась к физике?

Одним из вариантов понимания всего происходящего вокруг нас является представление материи как информации. Читаешь этак книгу по физике и тут упираешься в примерно следующую фразу: всё, что есть вокруг нас при детальном рассмотрении и полном разложении станет только лишь информацией.





Информация

Пропускаем эту фразу через призму имеющихся знаний. Вспоминаем, что сам по себе термин "информация" чаще всего фигурирует в информатике. Он подразумевает наличие данных. Там всё это понятно, просто и логично. Набор битов, байтов и прочих служебных процедур. Но обратимся к пониманию информации в физике. Я постарался найти об этом какие-то сведения и понял, что понимание термина информация у физиков пока ещё не сформулировано.
Что интересно, есть пересечения как физического понимания информации, так и получившегося в итоге в вычислительной технике. Мы вот сейчас смотрим на экран. Видим картинки, тексты, видео. Всё это при дательном рассмотрении всего лишь набор 11111 и 000000. В общем-то, при квантовании материи мы тоже пытаемся прийти к такому пониманию, что всё из 111 и 000, но тут этого сделать не получается. По крайней мере пока что.
Физическая информатика

Если попробовать притянуть физическое понимание информации к основам информатики, то можно встретить разные забавные эффекты. Например, точное взвешивание флэшки с данными позволяет обнаружить физический вес записанной информации. Это легко объяснимо даже с точки зрения классической физики и материаловедения. Ведь записанные данные не что иное, как электроны. И вы сейчас можете конечно сказать, что и природа электрона мало кому понятна - то ли он частица, то ли он волна, то ли его вообще нет. Но стандартное материаловедение вполне вменяемо научилось использовать стандартную теорию для исчерпывающего описания таких процессов без более глубокого понимания.
Получается, информации можно связать с физикой. Но только по принципу подобия. То есть когда, условно говоря, 1 электрон = 1 биту информации. Это не совсем-таки объясняет физическую суть информации. С чем тогда связана информация на уровне строения материи? И о чем тогда говорят квантовые физики, употребляя сравнение информации и вещества. Значит есть...Матрица :)?


Матрица и физика

И значит все наши предметы вокруг - реакция этой программной среды на введенный код?
На этот счёт уместно привести цитату из статьи "Bit before it?" опубликованной в журнале New Scientist:

«Обычно мы думаем о мире, как о составленном из материальных частиц, и под информацией понимаем производную характеристику объекта восприятия, относящуюся к особого рода организованным состояниям вещества. Но возможно, что все наоборот: похоже, что Вселенная на самом деле — шалость первичной информации, а материальные объекты являются ее сложным вторичным проявлением».

Вот только тут не указано, чем именно информация является для физика и где она хранится. Ведь когда мы говорим о ПЗУ с данными, там всё ясно. Ясно где информация и чем она образована. Как быть с веществами и материей :)?
На эту тему мне попалась довольно полезная статья здесь

Любые системы в окружающей реальности можно рассматривать в терминах кубитов, как совокупность ячеек памяти квантового компьютера. Тогда всё представляется в виде глобального и единого для всей реальности Квантового Компьютера, всеобъемлющей матрицей плотности. Поэтому Р. Фейнман и говорил об исключительно важной роли квантовых компьютеров в постижении законов природы.

Кстати, про логику работы квантового компьютера мы уже говорили здесь.
Информация в современной физике

Физика же устанавливает связь между информацией и энтропией. Чем больше информации о системе, тем меньше, как это водится энтропия. Вот только "материя информации" тут опять за кадром. Если рассматривать наше пространство как матрицу плотности, о чем мы писали выше, то выходит, что любая молекула = записи в реестре. И в итоге, когда мы играем в черепашек ниндзя на денди мы управляем вполне себе реальным миром. И действительно, чем больше параметров там мы зададим для объекта, тем меньше будет его энтропия. Получается, что и лозунг старого доброго журнала "Великий дракон" вполне себе уместен - "Мы верим, этот мир реален" .


Чёрная дыра

Ещё Стивен Хокинг рассказывал об интересной гипотезе, по которой информация исчезает в черных дырах. Это явление даже получило название парадокс Хокинга. Вот только что он понимал под информацией?
Получается, что на данный момент физика лоб в лоб уперлась в понятие информация, но до конца не знает, как это правильно описать. Может быть вам попадались какие-то современные исследования по этому вопросу? Тогда обязательно расскажите и нам в комментариях!

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YJ-R8Q5cUivYI9gP
Физики обнаружили пятую силу природы. Что означает это открытие

17 мая 2021
199K прочитали









Новое открытие может поставить всю современную физику с ног на голову

Американские ученые из лаборатории им. Энрико Ферми объявили, что им удалось открыть пятую силу. Открытие еще предстоит подтвердить. Если это случится, то Нобелевка ученым обеспечена - открытие совершит настоящий переворот в современной физике.
А мы пока попробуем разобраться, в чем суть сделанного открытия и какие перспективы оно сулит.
В современной физике известно четыре вида силы. Эти силы и определяют взаимодействие всех объектов в нашем мире.
Четыре фундаментальных взаимодействия

Гравитация. Взаимодействие между объектами, обладающими массой. Чем больше масса и чем ближе находятся объекты - тем сильнее они притягиваются друг к другу. Мы хорошо знаем этот эффект на нашей Земле, стоит только чуть подпрыгнуть.


Гравитационное взаимодействие - самое слабое из всех. Но за счет гигантской массы нашей планеты, вращения Луны вокруг Земли и нашей планеты вокруг Солнца мы сталкиваемся с ним каждый день и хорошо знаем.
Электромагнитная сила. Заряженные частицы взаимодействуют друг с другом через электромагнитное поле. Разные заряды притягиваются, одинаковые - отталкиваются.
Это тоже взаимодействие, которое нам очень хорошо знакомо в жизни. Мы крепим магнитик на холодильник. Мы включаем свет, который тоже опосредованно связан с электромагнитной силой.
Слабые ядерные силы. Это взаимодействие, наблюдаемое при так называемом бета-распаде атомного ядра. Когда выделяется электрон или позитрон вместе с нейтральной частицей.
Сильное ядерное взаимодействие. Основа нашего мира.
Вы помните про то, что одинаковые заряды отталкиваются? А вот сильное ядерное взаимодействие собирает одинаково заряженные частицы - протоны - в одно мощное ядро. Без этих сил во Вселенной никогда бы не возникло тяжелых элементов, ведь протоны отталкивались бы друг от друга.


Ученые полагают, что все эти виды силы могут иметь одну природу. И были попытки создать объединенную теорию всех взаимодействий. Это бы дало серьезный импульс всей физике. Но пока у ученых не хватает данных для создания такой теории.
Мюон - разрушитель современной физики

Ученые проводят эксперимент Muon g-2 в Фермилаб (лаборатория неподалеку от Чикаго). Это сложная современная физика, но попробуем разобрать ее суть, не прибегая к трехэтажным уравнениям и высшей математике.
Мюон - частица с отрицательным зарядом. Но, в отличие от электрона, не так сильно отклоняется при прохождении магнитного поля. Мюон тяжелее электрона в 207 раз, при этом меньше протона в 9 раз. Роль мюонов в природе до конца непонятна.
Почему же мюон так интересует современных физиков?
Сейчас в физике используется так называемая Стандартная модель. Она была принята в 70-е, после открытия кварков.
Стандартная модель описывает все современные виды взаимодействия. Она определяет, какие существуют в природе силы и элементарные частицы.
Наверняка (раз уж вы дочитали статью до этого момента!) вы слышали о таких сущностях, как Темная материя и Темная энергия. Звучит, как арсенал Дарта Вейдера из «Звездных войн». Но эти понятия всерьез важны для описания мира - движения галактик, расширения Вселенной с ускорением. Иначе цифры в уравнениях не сходятся с наблюдениями.


По данным современной астрофизики, 95% Вселенной состоит из темной материи и темной энергии. И только 5% приходятся на видимые объекты

Темную материю и темную энергию никто не видел и зафиксировать не смог. Но согласно современной научной теории, на нее приходится 95% вещества во Вселенной.
Стандартная модель, которая в свое время дала прорыв в физике, сейчас сильно тормозит науку. В ее рамках мир как бы уже и открыт, исследовать больше нечего.
Эксперимент Muon g-2 посвящен поиску так называемого аномального магнитного момента мюона. Это значит, что магнитный момент мюона будет отличаться от расчетов, которые задаются уравнениями Стандартной модели. А значит, она не верна!
Что более интересно, аномалия мюона берется не просто так. А из-за взаимодействия с частицами, которые пока неизвестны науке.
Пятая сила природы

Ученые объявили, что, возможно, они наконец обнаружили новую, пятую силу природы. В научном журнале Physical Review Letters ученые рассказали о ходе эксперимента.
Мюоны разгонялись кольцу в циркулярном коллайдере. На них воздействовали мощным магнитным полем. И то самое отклонение от расчетных данных было зафиксировано!


В этом кольце и разгоняли мюоны. Температура в нем поддерживается на уровне минус 270 градусов - практически, на уровне абсолютного нуля

Это, возможно, и есть проявление пятой силы природы, ранее не известной науке.
Почему «возможно», а не 100%. Дело в том, что сейчас остается 1 шанс из 40 тысяч, что это была статистическая погрешность. А по канонам современной физики, статистическая погрешность должна быть на уровне 1 шанс на 3,5 миллионов.
«Мы обнаружили, что взаимодействие мюонов не согласуется со Стандартной моделью. Это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами», - цитирует BBC слова участника группы ученых профессора Марка Ланкастера.
Ученым осталось только еще раз повторить эксперимент, снизив вероятность статистической погрешности. И тогда открытие пятой силы будет признано официально.
Какие возможности потенциально может дать нам открытие пятой силы:
-Открытие новых частиц, которые отвечают за пятую силу природы.
-Уточнить картину мира. Как на самом деле устроена Вселенная?
-Открыть новые горизонты в физике, которая сейчас явно находится в тупике.
-Создание единой теории фундаментальных взаимодействий.
Все это может привести к технологическому прорыву, сравнимому с тем, что мы наблюдали во второй половине XX века.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Yqeaaobd4FuHJ5yL
Теория струн. Или как можно объяснить совершенно всё!

14 июня 2022
2K прочитали




Оглянитесь вокруг. Что вы видите? Например, я вижу свою комнату. Стены, потолок, пол, комод, стол, кровать, шкаф и много чего ещё. Ни для кого не секрет, что всё это состоит из элементарных частиц. На разных уровнях. На атомном, то бишь из атомов. Он же, в свою очередь, состоит из атомного ядра и вращающегося вокруг него электрона. А атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Последние же – из кварков. Нам привычно представлять эти частицы в виде материальных точек, для наглядности, так сказать. А что если, представить их в виде струн? И с помощью этого создать теорию, которая, возможно, объяснит "всё".





Стандартная модель Вселенной.

Сверху представлена стандартная модель Вселенной. На ней есть и фермионы, которые описывают и составляют окружающую нас материю. Все фермионы представляют собой элементарные частицы из которых всё и состоит. И кварки, которые во много описывают фундаментальные взаимодействия. Электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия. Глюоны участвуют в сильном ядерном взаимодействии, и во многом, благодаря ним кварки не разлетаются и образуют протоны и нейтроны. Фотон же является важной частицей для электромагнитного взаимодействия. Простейший пример – свет. W и Z бозоны же являются переносчиками слабого ядерного взаимодействия, которое отвечает за распад частиц.
Стоп. Вам не кажется, что мы кое о чём забыли. Ведь фундаментальных взаимодействий четыре. И мы забыли о самом очевидном из них – гравитации. И да, эта модель её упускает. Однако, что мы вообще знаем о гравитации? Ну, то что с помощью неё макрообъекты притягиваются друг к другу. Это происходит за счёт искривления пространства, которое описывается общей теорией относительности. И что тут думать, можно ведь просто описать гравитацию с помощью частицы, которая её сопровождает – гравитон. И включить её в стандартную модель Вселенной. Но, расчёты с этой частицей показывают сюр реалистичные и абсурдные результаты, в которых многие значения устремляются к бесконечности. Получается, что гравитон не вписывается в стандартную модель. И "теория всего" останется неполноценной. Хм.... А что если по-другому посмотреть на частицы? И представить их в совершенно ином воплощении?


В самом начале статьи я написал, что частицы представляются нам в виде безразмерных точек, это касается и стандартной модели Вселенной. И да, эти точки обладают разными свойствами, что и раскрывает их различные характеристики. Мы это оставляем, однако давайте приблизим масштаб до самих точек и представим их в виде мельчайших струн, которые в них находятся. Причём они могут быть как сомкнутыми, так и разомкнутыми. Теперь добавим им колебания. И эти самые колебания могут быть самыми разнообразными. Это можно сравнить с гитарными струнами, которые могут колебаться в различных гармониках. Во время же колебаний можно увидеть гребни, которые в случае наших частиц также могут быть самыми разными. Где-то будет три гребня, где-то четыре, где-то два, а где-то, вообще – один. Разность этих колебаний и обуславливает различность частиц. И да, в одной вариации таких колебании может находиться вышеописанный гравитон, что и объяснит гравитацию на квантовом уровне.
А как же объяснить поведение этих струн во Вселенной? Что ж, у нас здесь квантовая физика, поэтому и пример нужно привести такой, чтобы он смотрелся аутентично в этой стезе. Представим чёрное полотно и пушку, которая выстреливает электронами в него. И с каждым выстрелом вылетающий электрон будет попадать в разные области этого полотна. И на то, что он попадёт именно в эту часть возлагается определённая вероятность, где-то 20%, где-то 30% и так далее. И для того, чтобы определить эти проценты, в ходе исследования изучается каждая траектория электрона, каждая.
Причём же здесь струны? Теперь же давайте представим, что вылетают струны, которые представляются "полосками", однако их траектории будут иметь поверхность. Здесь применяется тот же принцип, мы изучаем все возможные вариации попадания струны именно в ту или иную область полотна. Во время того же полёта она может следовать чёткой и прямой траектории, может например активно колебаться, а может например распасться, дублировав себя и создав испускание, и затем снова соединиться, создав поглощение. В этом случае в геометрическом воплощении она образует дырку. И вариации таких дырок тоже немеренное количество. Где-то будут две дырки одинакового размера, а где-то три разного. Представление о фундаментальных взаимодействиях также немного меняется, ибо оно несёт уже иной характер. В случае струн частицы испускаются постепенно и имеют непрерывный характер, а в случае нашего электрона, испускание происходит мгновенно. Именно благодаря поступательному движению струн и объясняется гравитон, который уже можно включить в стандартную модель, ибо он уже не сведёт все значения к бесконечности.


Всевозможные вариации "струн"

Но не всё так здорово, у теории струн есть свои проблемы. Одной из которых является то, что они относятся лишь к бозонам и описывают лишь фундаментальные взаимодействия. В таком случае половина значений стандартной модели канет в небытие. Однако это решаемая проблема, ключом к которому являются "спинеры". И нет, я сейчас не говорю о вращающиеся игрушке с подшипниками, которая была популярна в 2016 году. Я говорю о маленьких вращательных колебаниях в струне, которые дают им звание "суперструн" и именно они являются фермионами, которые наряду с бозонами создают суперсимметричную фундаментальную пару.
Кстати, спинеры решают ещё одну проблему. Дело в том, что теория струн работает лишь во вселенной, которая имеет 26 измерений... Да, это не глюк. Целых 26. Однако в случае с суперструнами их количество заметно упало, и теперь это можно представить уже с девятью измерениями. Это уже не так много, но и немало. Ибо мы привыкли к трёхмерному пространству, которое имеет три координаты. Но что же делать с остальными шестью? А вот их уже можно вообразить в виде компактных "свёрнутых" измерений, которые недоступны в макромире. Это можно сравнить с тем, что по трубочке будет взбираться жучок, и с его положения трубочка двухмерная, ибо он может перемещаться вверх или вниз, либо же влево или вправо. Однако если мы отойдём от него подальше, то с нашей стороны трубочка будет одномерной. В этом и состоит компактность измерений, ибо лишь со стороны самих струн их можно наблюдать. На самом деле теория струн включает в себя несколько моделей и трактовок, их не меньше 5. И одной из них, самой узнаваемой, содержится уже 11 измерений. Эта теория именуется как "материнская" (mother theory) или же М-теория.
Подведём итог. Теория струн решает немало проблем в том, что описать Вселенную. Она дополняет стандартную модель, добавив к ней гравитон, объясняет гравитацию на квантовом уровне и также подтверждает суперсимметрию (хотя она является очень спорной, ибо существование супер-партнёров у частиц достаточно спекулятивно). За её эмпирическим подтверждением таятся свои сложности, одной из которых являются невероятно микроскопический уровень этих струн (0, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 01м). Что ж, как видите она решает немало проблем, но также создаёт свои подводные камни. Поэтому, всё не так уж и однозначно. Хотя, это вполне ожидаемо, ведь это квантовая физика.
Подписывайтесь на мой канал, ставьте лайки и пишите комментарии. Что думаете о теории струн и считаете ли вы её дееспособной? Чаще смотрите на звёзды, изучайте Вселенную и берегите себя.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=NmMCPAU87l0

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZJ1o2Vv180K-l87f?from_site=mail
Впервые «пойманы» гравитационные волны, пронизывающие всю ткань пространства-времени

29 июня
1,1K прочитали









Фото: Aurore Simonnet for the NANOGrav Collaboration

После 15 лет сбора данных в рамках эксперимента размером с галактику ученые впервые «услышали» непрекращающийся хор гравитационных волн, пронизывающих нашу Вселенную, и он громче, чем ожидалось.
Открытие было сделано учеными из Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav), которые внимательно наблюдали за пульсарами — эти звезды действуют как небесные метрономы. К тем же выводам пришли исследователи еще из нескольких стран по всему миру. Недавно обнаруженные гравитационные волны — рябь ткани пространства-времени — на сегодняшний день являются самыми мощными из когда-либо измеренных: они несут примерно в миллион раз больше энергии, чем обнаруженные раньше единичные всплески от слияний черных дыр и нейтронных звезд, сообщают ученые NANOGrav в серии новых статей, опубликованных сегодня в Astrophysical Journal Letters.

«Это похоже на хор всех этих пар сверхмассивных черных дыр, поющих на разных частотах», — говорит ученый из NANOGrav Кьяра Мингарелли.

На данный момент NANOGrav может измерять только общий фон гравитационных волн, а не излучение отдельных «дуэтов». Но даже это преподнесло сюрпризы.

«Фон гравитационных волн примерно в два раза громче, чем мы ожидали. Это верхний предел того, что наши компьютерные модели предполагают для сверхмассивных черных дыр», — говорит Мингарелли, ныне доцент Йельского университета.

Эта громкость может быть результатом ошибок в эксперименте или, что гораздо более интересно, следствием того, что сверхмассивных черных дыр на самом деле гораздо больше, чем считалось. Но существует также вероятность того, что мощные гравитационные волны генерируются чем-то другим например механизмами, предсказанными теорией струн, или альтернативными объяснениями рождения Вселенной.


Эти гравитационные волны отличаются от всех, тех были измерены ранее. В отличие от высокочастотных всплесков волн, обнаруженных наземными приборами LIGO и Virgo, основной фон гравитационных волн ультранизкочастотный. На один подъем и спад одной из волн могут уйти годы или даже десятилетия. Поскольку гравитационные волны распространяются со скоростью света, длина одной длины волны может составлять десятки световых лет.
Земные приборы не могли бы обнаружить такие колоссальные волны, поэтому команда NANOGrav вместо этого смотрела на звезды. Ученые внимательно наблюдали за пульсарами, сверхплотными остатками массивных звезд. Пульсары действуют как звездные маяки, испуская лучи радиоволн со своих магнитных полюсов. Поскольку пульсары быстро вращаются (иногда сотни раз в секунду), эти лучи проносятся по небу, появляясь на Земле как ритмичные импульсы радиоволн, как идеально синхронизированный метроном.
Когда между Землей и пульсаром проходит гравитационная волна, она сбивает синхронизацию радиоволн. Это происходит потому, что, как предсказал Альберт Эйнштейн, гравитационные волны растягивают и сжимают пространство. 15 лет ученые точно определяли время импульсов от 67 миллисекундных пульсаров нашей галактики.

«Пульсары на самом деле являются очень слабыми источниками радиоизлучения, поэтому для проведения этого эксперимента нам требуются тысячи часов в год на крупнейших в мире телескопах», — говорит Маура Маклафлин из Университета Западной Вирджинии, содиректор Центра физических границ NANOGrav.

В итоге удалось вычленить помехи, дополнительный «гул», общий для всех пульсаров в массиве данных.
Наиболее вероятными источниками гравитационно-волнового фона являются пары сверхмассивных черных дыр, быстро вращающихся друг вокруг друга. Эти черные дыры поистине колоссальны, они содержат массу в миллиарды солнц. Почти все галактики, включая Млечный Путь, имеют в центре хотя бы одного из таких гигантов. Когда две галактики сливаются, их сверхмассивные черные дыры могут встретиться и начать вращаться вокруг друг друга. Со временем их орбиты сужаются, пока дыры в конце концов не столкнутся. Черные дыры столкнутся через несколько миллионов лет после того, как начинают излучать достаточно сильные гравитационные волны, что иих можно заметить с помощью пульсаров.
Поскольку пары сверхмассивных черных дыр образуются в результате слияния галактик, обилие их гравитационных волн поможет космологам оценить, как часто галактики сталкивались на протяжении всей истории Вселенной. Пока выводы таковы, что во Вселенной обитают сотни тысяч, а может быть, даже миллион пар из сверхмассивных черных дыр.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZIrGAM3DwBvMUQc0?from_site=mail
Эйнштейн оказался неправ: уникальный эксперимент по квантовой запутанности показал это наглядно

20 июня
1,3K прочитали




Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (EPR) — это мысленный эксперимент, который был предложен такими выдающимися учеными, как А. Эйнштейн, Б. Подольский и Н. Розен в уже далеком 1935 году. Суть эксперимента заключена в том, чтобы показать, что квантовая механика не способна предоставить полное описание физической реальности.
И было выдвинуто предположение, что должны существовать «элементы реальности», оные не входят в квантовую теорию. В связи с этим было оглашено предложение о необходимости создания новой теории, в которой уже будут учтены эти неизвестные переменные.





Все дело в том, что парадокс заключен в том, что пара частиц, находящихся в сплетенном состоянии, вполне способны обладать некими значениями физических величин (допустим, импульсом) даже в том случае, если эти параметры оказались не измерены.
Ну а если определить параметры для одной частицы, то с высокой вероятностью можно предсказать результат измерения для другой, при этом расстояние между ними не имеет принципиального значения.
Это входит в противоречие с принципом локальности, который гласит, что никакое воздействие на одну частицу не способно мгновенно оказать влияние на другую.
С тех времен физики пытались провести различные эксперименты для подтверждения или опровержения этого парадокса. Но большая их часть сталкивалась с обеспечением достаточной изоляции частиц от различных внешних факторов воздействия.
Но вот относительно недавно объединенная научная группа из Поднебесной и Северной Америки смогла провести масштабный и достаточно точный эксперимент EPR.
Для этих целей было принято решение использовать введенный в эксплуатацию еще в 2016 году орбитальный аппарат «Мициус», основная задача которого заключалась в тестировании связи, основанной на квантовом принципе.
Так, используя спутник, были созданы пары запутанных фотонов, и передали их на наземные станции, которые расположены на расстоянии свыше 1000 км друг от друга.
Затем ученые провели замеры полученных фотонов и сравнили результаты.
Так вот, физики зафиксировали, что корреляция между поляризацией фотонов была гораздо выше, чем предсказывала классическая теория вероятности. Это как раз и подтверждает, что квантовая запутанность существует и напрямую вступает в противоречие локальной скрытопеременной теории.
Проще говоря, ученые подтвердили квантовую механику и опровергли аргумент Эйнштейна и других физиков.
Кроме этого, данный эксперимент — важный шаг в дальнейшем более глубоком понимании квантовой запутанности, создании новых квантовых технологий.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=2JrkOfqm6eY

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/video/watch/649fb8312b78d102db53023e

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZIloDF9YtlK7jexc?from_site=mail
Кто такой наблюдатель в физике и в чём его проблема?

14 июня
664 прочитали




Вопрос наблюдателя - штука очень запутанная и интересная. Из множества научно-популярных статей мы знаем, что квантовая система (или квантовая частица), описываемая волновой функцией, становится "реальной" только в тот момент, когда всё это пронаблюдали.





Самые разные наблюдения

Такая вольная трактовка явления вызывает множество предположений и порой уже сложно понять, осталась ли наука наукой, или мы уже начинаем фантазировать. Иногда эта формулировка приводит к тому, что всё сводится к "если мы не видим Луну, то её не существует".
Путаница, как я понимаю, начинается с принципа суперпозиции для квантовых частиц. Этот принцип подразумевает, что объект может находиться во всех своих состояниях сразу, но только одно состояние является наиболее вероятным в конкретной системе. Для того, чтобы это описать, используется знаменитая волновая функция, которая в момент наблюдения коллапсирует. Именно это и заставляет думать, что любое измерение или наблюдение определяет реальность.


"Наблюдатель" так не работает)) Кадр из фильма Тайны Смолвиля

На самом деле наблюдением или измерением будет правильно называть само взаимодействие системы с квантовым объектом. Это может быть просто визуальный контроль, а может быть взаимодействие с некоторым прибором.

Но суть тут в том, что никакие супер-пупер лучи, которые вызывают коллапс квантовой функции, прибор не направляет. Наблюдая объект мы просто подтверждаем, что видим такое-то наиболее вероятное состояние системы.

По крайней мере я так в итоге понял этот момент. На всякий случай добавлю, что это именно моё понимание вопроса.
Термин «наблюдатель» в квантовой механике не обязательно относится к сознательной сущности, а подходит скорее к любому взаимодействию, которое вызывает декогерентность квантовой системы. В этом контексте декогеренция относится к процессу, посредством которого система в суперпозиции (существующая во всех возможных состояниях одновременно) взаимодействует с окружающей средой и переходит в одно состояние.
Формулировка фразы очень сложная, но по сути можно сказать так: Любое физическое взаимодействие в системе может являться наблюдателем, при этом никаких волшебных сил-полей нет. Просто это набор пересекающихся наибольших вероятностей для каждого объекта. Грубо говоря, если тут лежит такой-то камень, то при этих условиях рядом течёт река.
Бывают и непосредственные взаимодействия физических объектов, которые делают систему более "конкретной". Возьмем пример квантовых полей. В квантовой механике «наблюдателем» может быть взаимодействие между квантовыми полями. Например, фотон (квант света) может возбудить электрон (квант электронного поля). Это взаимодействие вызывает декогерентность системы или переход от суперпозиции состояний к одному состоянию.


Пронаблюдал такое, что теперь страшно)

Теперь пару слов про концепцию коллапса волновой функции. Согласно интерпретации квантовой механики Эверетта или «многих миров», волновые функции не коллапсируют. Вместо этого они занимают все состояния одновременно и на неопределенный срок.
Декогеренция возникает, когда системы в суперпозиции взаимодействуют с другими частицами, вызывая разделение суперпозиционных состояний в том, что мы называем гильбертовым пространством. Гильбертово пространство — это математическая конструкция, используемая в квантовой механике для описания состояния квантовой системы. Это пространство всех возможных состояний, где каждая точка представляет возможное состояние квантовой системы.

Интерпретация Эверетта предполагает, что эти разделенные состояния становятся постоянно и причинно не связанными друг с другом, что приводит к концепции мультивселенной уровня III. С этой точки зрения все возможные результаты квантовых измерений реализуются в некотором «мире» или вселенной. Хотя эта интерпретация не является общепринятой, многие считают ее элегантным решением проблемы коллапса волновой функции.
Кстати про декогеренцию. По сути это процесс "проявления" конкретного состояния или тот самый коллапс.

Декогеренция - это процесс нарушения когерентности, вызываемый взаимодействием квантовомеханической системы с окружающей средой посредством необратимого с точки зрения термодинамики процесса.

Так этот процесс описывает Вики.