Архивы Квантовая физика

Физики работают над новой теорией гравитации – какую роль в ней играет темная материя?

Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии?

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

Что не так с космологией?

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

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

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

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

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

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

Новые идеи

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

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

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

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

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

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

Хорошо забытое старое

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

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

Хорошо забытое старое. Квантовая гравитация — направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия. Фото.

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

Подробнее о квантовой гравитации мы рассказывали здесь, не пропустите!

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

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

Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию – главную движущую силу Вселенной

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

Темная материя больше не нужна?

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

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

Темная материя больше не нужна? Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это – очень хорошо. Фото.

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

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

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

Ученые снова выясняют, является ли наша Вселенная симуляцией

Идея о том, что мы живем в компьютерной симуляции все чаще становится предметом серьезных научных исследований

Если вы любите видеоигры, то наверняка знаете, что они положительно влияют на память, внимание и моторику, а еще помогают бороться со стрессом. Более того, играть попросту интересно, впрочем, как и размышлять о том, не являемся ли мы сами персонажами компьютерной игры. Да, звучит безумно, но что если мы и правда живем в симуляции? Удивительно, но эта необычная идея все чаще привлекает внимание ученых и является предметом научных дебатов и исследований. Недавно авторы нового исследования предположили, что доказательства так называемой “гипотезы симуляции” могут быть скрыты в законах, которые управляют информацией, например, генетической и цифровой. Но как понять не ошибаются ли ученые и можно ли хоть как-то проверить, что наша Вселенная – настоящая?

Пиксели на экране

В десятой серии восьмого сезона «Футурамы» профессор создает симуляцию Вселенной – точную копию нашей Вселенной, только в упрощенном виде. Эта «новая» Вселенная населена такими же существами, которые понятия не имеют о том, что их мир ненастоящий. Работа подобной программы, разумеется, требует огромных вычислительных мощностей, из-за чего профессор делает ряд физических упрощений, которые не поддаются объяснению.

К слову, современная физика не в состоянии объяснить законы квантовой механики (на что и намекают создатели сериала). Все это наталкивает команду «Межпланетного экспресса» на мысль о том, что наша Вселенная является такой же симуляцией, созданной профессором уровнем выше. И так – до бесконечности.

Кадр из четвертой серии первого сезона «Рик и Морти»

Безумные ученые в "Футураме" и "Рик и Морти" создают компьюетрные и "карманные" Вселенные просто потому, что могут. Мы с вами, вероятно, поступили бы точно так же.

Похожее описание симуляции встречается в мультсериале «Рик и Морти», причем не один раз. Так, в четвертой серии первого сезона главные герои понимают, что оказались в симуляции из-за плохого качества и «багов» последней, а в шестой серии второго сезона играют в компьютерную игру «Рой», которая практически неотличима от реальности. В этом же эпизоде Рик создает микровселенную (с бесконечным набором микровселенных внутри) чтобы… заряжать батарейки.

Кадр из десятой серии влсьмого сезона «Футурамы»

Безусловно, мультсериалы далеки от реальности, однако тема симуляции, описанная в некоторых эпизодах, навеяна самой настоящей наукой. Так, в 2003 году шведский философ Ник Бостром опубликовал статью под названием «Доказательство симуляции», а наработки специалистов в рамках гипотезы симуляции широко используются в массовой культуре с начала 1990-х годов, например, в трилогии фильмов «Матрица».

Подробнее о гипотезе симуляции Ника Бострома мы рассказывали здесь, не пропустите!

Второй закон инфодинамики

Возвращаясь из мира видеиогр и популярной культуры к реальности, перейдем к работе, опубликованной в 2022 году в журнале AIP Advances, авторы которой рассуждают о существовании нового закона физики – второго закона инфодинамики (Second law of information dynamics).

Название закона выбрано не случайно, так как он отсылает ко второму закону термодинамики – главному правилу физики, основанному на понятии энтропии, которое является мерой беспорядка в системе. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия Вселенной с течением времени либо остается постоянной, либо увеличивается, но никогда не уменьшается.

Авторы работы, к своему удивлению, обнаружили, что второй закон инфодинамики прямо противоположен: энтропия в информационных системах либо остается постоянной, либо уменьшается с течением времени.

Второй закон инфодинамики. Исследователи отмечают, что имеющиеся наблюдения позволяют ввести второй закон информационной динамики (инфодинамики). Фото.

Исследователи отмечают, что имеющиеся наблюдения позволяют ввести второй закон информационной динамики (инфодинамики)

Ведущий автор исследования, профессор Мелвин Вопсон из Портсмутского университета является экспертом по теории информации – раздела прикладной математики, ориентированного на количественной оценке, сжатии, хранении и передаче информации. Вместе с физиком Сербаном Лепадату из Университета Центрального Ланкашира, Вопсон предположил, что информация может быть пятой формой материи с необнаруживаемой физической массой, наряду с твердыми телами, жидкостями, газами и плазмой.

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

Новый закон, по словам исследователей, потенциально может лечь в основу «теории Вселенной как компьютерной симуляции» и одновременно затрагивает научные и философские вопросы. Недавно Вопсон сообщил о развитии теории, применив второй закон инфодинамики к широкому спектру информационных систем.

Можно ли доказать гипотезу симуляции?

Согласно результатам работы, опубликованной в журнале AIP Physics, доказательства «гипотезы симуляции» скрыты в законах, управляющих информацией (такой как цифровая и генетическая информация). Полученные в ходе исследования результаты показали, что различные информационные системы со временем подвергаются одному и тому же процессу минимизации, подобному тому, как компьютер сжимает и оптимизирует свои данные.

Так, применив второй закон инфодинамики к широкому спектру информационных систем, включая цифровую и генетическую информацию, атомную физику, математическую симметрию и космологию, Вопсон смог предоставить “научные доказательства, подкрепляющие гипотезу о моделируемой Вселенной”.

Можно ли доказать гипотезу симуляции? Если мы живем в симуляции, то информация является фундаментальным строительным блоком нашей Вселенной – подобно тому, как биты являются фундаментальной единицей информации в вычислительной технике. Фото.

Если мы живем в симуляции, то информация является фундаментальным строительным блоком нашей Вселенной – подобно тому, как биты являются фундаментальной единицей информации в вычислительной технике

Первоначальное исследование 2022 года, когда мы впервые сообщили о возможном существовании нового закона физики, было выведено только из квазифеноменологических исследований, точнее, двух систем: цифрового хранилища данных и хранилища генетической информации (РНК). Тогда главной мотивацией был поиск алгоритма прогнозирования генетических мутаций с использованием подхода теории информации, – объяснил Вопсон в переписке с журналистами Motherboard.

Именно в ходе первого исследования Вопсон и Лепадату заметили, что информационная энтропия генетических мутаций постоянно уменьшается, даже когда количество нуклеотидов остается постоянным. “Это огромное открытие, потому что оно бросает вызов теории эволюции Дарвина, утверждая, что генетические мутации не являются случайными процессами», – говорит Вопсон.

Если наша Вселенная и правда ненастоящая, стоит ли об этом знать?

Выходит, в то время как термодинамическая энтропия создает все более хаотичные системы, информационная энтропия на самом деле имеет тенденцию к “сжатию” или отбрасыванию информации с течением времени во имя оптимизации. Возможно, именно поэтому, например, мы видим так много симметрии в мире природы — эти симметричные паттерны являются способом минимизации и оптимизации информации. (Да-да, прямо как в «Футураме»).

Отметим, что новое исследование лишь расширяет область применения потенциально существующего второго закона инфодинамики и на данный момент является гипотетическим. Вопсон, тем не менее, попытался сравнить «новый закон физики» с некоторыми другими системами, настолько разнообразными, насколько это возможно.

Это интересно: Уничтожит ли нас искусственный интеллект и почему некоторые ученые считают, что да?

Наша Вселенная ненастоящая?

Интересно, что в ходе работы Вопсон изучил генетический код коронавируса SARS-Cov-2, вызывающего Covid-19, и пришел к выводу, что информационная энтропия его вирусных вариантов снижалась по мере того, как они подвергались генетическим мутациям. Затем он применил второй закон инфодинамики к атомной физике и пришел к выводу, что способ, которым электроны занимают свои позиции вокруг атома, по-видимому, также минимизирует их информационную энтропию с течением времени.

Наконец, Вопсон обратился к космологии, описав, как инфодинамика может объяснить открытые вопросы о термодинамической энтропии Вселенной и как она может объяснить преобладание симметрий в нашей Вселенной. «Поразительно, но второй закон инфодинамики применим ко многиим системам и крайне разнообразен”, – говорится в работе.

Наша Вселенная ненастоящая? Как сжатое и оптимизированное моделирование, компьютерная Вселенная должна быть запрограммирована какой-то более глубокой и сложной системой, что поднимает еще больший набор вопросов. Фото.

Как сжатое и оптимизированное моделирование, компьютерная Вселенная должна быть запрограммирована какой-то более глубокой и сложной системой, что поднимает еще больший набор вопросов

Однако утверждать, что мы живем в симуляции, основываясь только на этом исследовании, нельзя. Я также разъясняю это в статье, однако надеюсь, что работа послужит стимулом для дальнейших исследований и очень умные ученые придумают новые способы доказать или опровергнуть гипотезу компьютерной симуляции, – отмечает ученый.

Вопсон, все же, полагает, что его гипотезу можно проверить экспериментальным путем, столкнув частицы материи с антивеществом – редким веществом, обладающим зарядом, противоположным заряду обычной материи. Этот процесс, как полагает ученый, может продемонстрировать второй закон инфодинамики в действии.

На сегодняшний день существует 50% вероятность того, что мы живем в симуляции и вот почему.

Возможно наша жизнь – чья-то компьютерная игра

Хотя намеки на то, что наша Вселенная является компьютерной симуляцией заманчивы, чтобы доказать или опровергнуть эту гипотезу потребуется гораздо больше междисциплинарных исследований и сложных экспериментов. Напомним, что ранее гипотеза симуляции привлекла интерес многих общественных деятелей, включая Илона Маска и Нила Деграсса Тайсона.

Ну а интерес широкий общественности постоянно подогревают фильмы, игры и сериалы, посвященные как гипотезе симуляции, так и мультивселенной. Кстати о том, может ли наш мир быть лишь одним из бесконечного множества, можно прочитать здесь, рекомендуем!

Сверхпроводник LK-99 на самом деле фальшивка?

Южнокорейский сверхпроводник не оправдал ожиданий, однако исследования в этой области продолжаются.

Лето – идеальное время для того, чтобы что-то стало модным в социальных сетях. Одной из наиболее неожиданных тем, привлекших всеобщее внимание, стала новость о создании сверхпроводника комнатных температур, который мог бы проложить путь для квантовых вычислений и высокоскоростных поездов. Но правда ли сверхпроводник LK-99 существует? Ранее мы рассказывали об этом инновационном устройстве и о том, что опубликованные статьи не прошли экспертную оценку, а также оказались в публичном доступе без одобрения двух соавторов. Теперь, после последующих экспериментов ученых по всему миру, стало понятно, что LK-99 не такой уж и особенный. Но если изобретение южнокорейских исследователей – это не сверхпроводник, то почему ученые изначально думали, что он им является? Давайте разбираться!

Для чего нужны сверхпроводники?

За последние несколько недель среди ученых и общественности наблюдался огромный всплеск интереса к материалу под названием LK-99. Все началось в конце июля, когда южнокорейские исследователи опубликовали две статьи на сервере препринтов arXiv (где публикуются научные статьи, не прошедшие рецензирование). В работах исследователи сообщили о возможных показателях сверхпроводимости в LK-99, включая неожиданно низкое электрическое сопротивление и частичную левитацию в магнитном поле.

Потенциальное открытие буквально взорвало такие социальные сети как Х (в прошлом Твиттер) и Реддит, а также широко освещалось в традиционных средствах массовой информации. Безусловно, такой интерес к теме сверхпроводников радует ученых, однако сомнения в революционном изобретении у экспертов появились сразу. И, как оказалось, не просто так – первые попытки воспроизвести эксперимент исследователей и Южной Кореи не увенчались успехом.

Для чего нужны сверхпроводники? Проводники — тела или материалы, через которые электрические заряды могут свободно переходить от заряженного тела к незаряженному. Фото.

Проводники — тела или материалы, через которые электрические заряды могут свободно переходить от заряженного тела к незаряженному.

Больше по теме: Правда ли, что ученые создали первый в мире сверхпроводник комнатных температур и почему это важно?

Понять ажиотаж и повышенное внимание к LK-99 нетрудно, ведь обычные проводники знакомы всем – именно благодаря им электрический ток проходит по проводам, кабелям, питая электроприборы. Классические проводники представляют собой металлы, в которых электроны могут легко перемещаться через “кристаллическую решетку” атомов (из которых состоит материал).

Но есть проблема – при движении электронов в проводниках происходит потеря энергии – этот эффект называется электрическим сопротивлением.

Именно из-за сопротивления происходит большая потеря энергии, а избежать ее можно с помощью сверхпроводящих материалов – в них сопротивление равно нулю и электрический ток может протекать плавно. Вот только все существующие на сегодняшний день сверхпроводники можно использовать только при очень низких температурах. И это, очевидно, проблема.

LK-99 – это не сверхпроводник?

Начнем с того, что сверхпроводники очень полезны – их можно использовать для создания чрезвычайно мощных электромагнитов, таких как МРТ-сканеры, ускорители частиц, термоядерные реакторы и даже левитирующие поезда. Но так как современные сверхпроводники работают при экстремально низких температурах, приходится использовать дорогостоящие охлаждающие установки. Но что насчет LK-99?

LK-99 – это соединение, содержащее кислород, фосфор, свинец и медь. Об этом материале по-прежнему мало что известно, а когда появились статьи, никто не знал может ли новый материал вообще проводить электричество. Чтобы разобраться в происходящем, ученые во всем мире направили свои усилия на то, чтобы воспроизвести результат, полученный южнокорейскими исследователями.

Сверхпроводник LK-99 стал настоящей сенсацией

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

И хотя они еще в самом начале работы, уже сегодня стало понятно, что соединение LK-99, описанное авторами, не является сверхпроводником и даже не металлом. Но если новый материал не сверхпроводник, то почему ученые считали его таковым?

Как показали результаты одного интересного исследования, ответ заключается в том, что примесь в исходных образцах LK-99 – сульфид меди – могла бы объяснить часть того, что наблюдали эксперты. Так, частичная левитация LK-99, которая могла бы указывать на свойство сверхпроводников, по-видимому, вызвана ферромагнетизмом – эффектом, который наблюдается в железе и многих других материалах.

LK-99 – это не сверхпроводник? Сверхпроводник комнатной температуры открыл бы множество возможностей, включая создание мощных квантовых компьютеров. Но это – не LK-99. Фото.

Сверхпроводник комнатной температуры открыл бы множество возможностей, включая создание мощных квантовых компьютеров. Но это – не LK-99

Отметим также, что через несколько недель после опубликованных препринтов ни один ученый не смог повторить полученные результаты. На самом деле исследователи обнаружили, что LK-99 – никакой не проводник а... изолятор.

Таким образом, хотя никто не смог доказать, что первоначальные образцы LK-99 не обладают сверхпроводимостью, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что нет никаких причин и дальше изучать «революционный метраил». Увы.

Что дальше?

После того, как эксперты определились с тем, что LK-99 не является сверхпроводником комнатных температур, вопрос о создании подобного материала остается открытым. Судя по имеющимся на сегодняшний день научным исследованиям, поиск материала, способного передавать электрический ток без потери энергии продолжается.

Хорошие новости, к счастью, есть – за последние несколько лет был достигнут значительный прогресс в создании нулевого сопротивления в обычных условиях: исследователи нашли альтернативный путь к нулевому сопротивлению при комнатной температуре в так называемых топологических изоляторах.

Что дальше? Топологический изолятор — особый тип материала, который в объёме представляет собой диэлектрик (изолятор), а на поверхности проводит электрический ток. Фото.

Топологический изолятор — особый тип материала, который в объёме представляет собой диэлектрик (изолятор), а на поверхности проводит электрический ток.

Топологические изоляторы – материалы, которые позволяют электронам перемещаться только по своим краям или поверхностям, в некоторых случаях без сопротивления.

Графен – материал, изготовленный из листов углерода толщиной всего в один атом, можно превратить в топологический изолятор в сильном магнитном поле. Вот только требуемое магнитное поле настолько велико, что его можно создать лишь в нескольких лабораториях по всему миру.

Способность LK-99 левитировать не делает материал сверхпроводником

Существуют и другие типы топологических изоляторов, которые работают без внешнего магнитного поля. Современные версии этих материалов демонстрируют нулевую стойкость только при очень низких температурах, но, по-видимому, нет причин, по которым они не могли бы работать при комнатной температуре.

К сожалению, подобные материалы могут пропускать лишь ограниченное количество тока и, вероятно, непригодны для создания мощных магнитов. Но они все еще могут быть полезны для передачи крошечных электрических сигналов, используемых в компьютерных чипах и ученые активно работают в этом направлении.

Физики впервые наблюдали редкий распад бозона Хиггса. Почему это важно?

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

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

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

Поле Хиггса

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

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

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

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

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

Как обнаружить бозон Хиггса?

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

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

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

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

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

Свойства бозона Хиггса

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

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

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

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

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

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

Распад «частицы Бога»

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

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

Бозон Хиггса стал последней экспериментально открытой частицей Стандартной модели

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

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

Редкий распад бозона Хиггса

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

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

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

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

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

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

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

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

Как физика частиц влияет на нашу жизнь?

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

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

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

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

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

Правда ли, что лето 2023 будет очень жарким в России и в мире?

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

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

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

Аномальная жара

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

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

С каждым годом планета становится все горячее – так работает парниковый эффект

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

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

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

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

Самый жаркий год в истории наблюдений

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

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

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

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

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

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

Экстремальная жара 2023

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

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

Экстремальная жара 2023. Самые жаркие летние дни на северо-западе Европы часто связаны с движением горячего воздуха над Испанией или Сахарой (снимок 2019 года). Фото.

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

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

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

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

Мировой океан и эффект Эль-Ниньо

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

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

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

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

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

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

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

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

Не пропустите: Что происходит с океанами Земли?

Лето 2023 в России

20 мая научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд сообщил, что к концу месяца в центральные регионы России с большой вероятностью придет июльская жара. «Предварительные расчеты показывают, что с вероятностью более 80 процентов, ночная температура в период с 25 по 28 мая составит 10–15 градусов, а дневная 23–28», — сказал синоптик.

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

Точно предсказать погоду на длительный период времени невозможно.

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

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

Пережить жаркое лето – по-настоящему сложная задача.

Это интересно: Истинные масштабы изменения климата хуже чем считалось раньше

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

Как будущее способно влиять на прошлое?

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

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

Реальность времени и вызов реализму

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

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

Реальность времени и вызов реализму. В квантовом мире частицы могут быть связаны друг с другом, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Фото.

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

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

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

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

Может ли будущее влиять на прошлое?

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

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

Может ли будущее влиять на прошлое? В квантовом мире есть не только частицы, но и волны, которые могут проходить через одновременно несколько пространственных путей. Фото.

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

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

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

Может быть интересно – что такое четырехмерное пространство?

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

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

Квантовая ретропричинность и ее значение

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

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

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

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

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

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

Могут ли черные дыры быть порталами для путешествий во времени?

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

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

Теория супердетерминизма и ее влияние на физику

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

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

Теория супердетерминизма и ее влияние на физику. Супердетерминизм связан с концепцией предопределения. Он утверждает, что все события в прошлом, настоящем и будущем были заранее предопределены и невозможно изменить ход событий. Фото.

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

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

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

Ретропричинность и ее реалистичность

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

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

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

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

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

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

Свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени

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

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

Классический опыт Юнга

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

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

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

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

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

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

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

Свет не так прост, как кажется

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

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

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

Становление квантовой механики

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

Перед вами первый в истории снимок света и как волны, и как частицы. Фото сделано в лаборатории Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) в Федеральной политехнической школе Лозанны

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

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

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

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

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

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

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

Как квантовая механика изменила мир?

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

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

Вы читаете эту статью благодаря квантовой механике

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

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

Лазеры – это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне

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

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

Как квантовая механика изменила мир? Каждый раз, когда вы пользуетесь смартфоном, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, благодарите за него квантовую механику. Фото.

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

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

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

Современный опыт Юнга

Томас Юнг провел свой знаменитый эксперимент без малого 222 года назад. По этой причине современный опыт выглядит несколько иначе – физики пропускают излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц.

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

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

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

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

Эксперимент с отложенным выбором

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

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

Классический опыт Юнга, описание

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

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

Как свет ведет себя во времени и пространстве?

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

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

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

Как свет ведет себя во времени и пространстве? Группе физиков удалось воссоздать двухщелевой эксперимент, который доказал волновую природу света во времени. Фото.

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

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

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

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

Как свет ведет себя во времени и пространстве? Только представьте какое влияние новое открытие может оказать на вычислительную мощность квантовых компьюетров. Фото.

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

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

«Все везде и сразу» с точки зрения науки: какой может быть мультивселенная?

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

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

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

Природа реальности

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

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

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

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

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

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

Мир в суперпозиции

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

Находясь в состоянии суперпозиции кот одновременно ни жив, ни мертв

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

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

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

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

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

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

Параллельные миры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Мультивселенная Хокинга и Пенроуза

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

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

Мультивселенная Хокинга и Пенроуза. В 1980-х годах Хокинг вместе с американским астрофизиком Джеймсом Хартлом разработал новую теорию возникновения Вселенной. Фото.

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

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

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

Теневые фотоны Дэвида Дойча

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

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

Дэвид Дойч – британский физик-теоретик, профессор Оксфордского университета

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Физики получили детальное изображение ядра внутри атома

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

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

Первое изображение атома

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

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

Первое изображение атома. 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. Фото.

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.

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

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».

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

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.

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.

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.

Могут ли фотоны двигаться вперед и назад во времени?

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

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

Странный квантовый мир

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

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

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

В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях.

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

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

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

Кошка в коробке

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

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

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

Не пропустите: Существует ли реальность без наблюдателя?

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

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

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

Квантовый переворот времени

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

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

Квантовый компьютер – тихнологии будущего

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

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

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

Свет может одновременно вести себя и как частица и как волна

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

Могут ли частицы появляться из пустоты?

Миниатюрная вселенная показывает, что частицы могут возникать из пустого пространства

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

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

Откуда берутся частицы?

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

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

Конденсат Бозе-Эйнштейна позволяет физикам управлять атомами

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

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

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

На микро уровне Вселенная выглядит иначе, подчиняясь законам квантовой механики

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

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

Вселенная вероятностей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что-то из ничего

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

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

Частицы могут возникать из пустоты.

Вам будет интересно: Было ли у Вселенной начало?

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

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

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

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

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

Нобелевская премия по физике 2022: квантовая запутанность и телепортация

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

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

Нобелевская премия 2022

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

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

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

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

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

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

Запутанность и неравенство

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

Квантовая механика на примере обыкновенных мячей

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

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

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

Безумные эксперименты

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

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

Квантовая запутанность может объяснить как устроен мир на уровне атомов

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

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

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

Квантовая информация

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

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

Лауреаты Нобелевской премии по физике 2022 года: французский ученый Ален Аспе, физик из Австрии Антон Цайлингер и американский исследователь Джону Клаузер

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

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

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

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

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

Обнаружены новые элементарные частицы. Почему это важно?

Обнаружены новые элементарные частицы. Неужели новая физика маячит на горизонте?

Мы — часть Вселенной. И это не просто слова. Каждое живое существо на нашей планете состоит из крошечных, невидимых глазу элементарных частиц. То же касается всей видимой материи, которую астрономы наблюдают с помощью телескопов. К счастью, для изучения атомов не нужно отправляться в космическое путешествие – физики прекрасно справляются с этой задачей на Земле. Например, с помощью Большого адронного коллайдера (БАК) ускоряя частицы и дробя материю на атомы. Так, за последние годы мир узнал о существовании самых разных частиц – бозона Хиггса, тетракварков и энионов. Все эти частицы создают реальный мир и могут многое рассказать об устройстве Вселенной, например, о таинственной темной материи, увидеть которую никому не удалось. Недавно исследователи сообщили об открытии «кузена» бозона Хиггса, а также об аномалиях, предположительно вызванных стерильными нейтрино.

Нейтрино – загадочные квантовые частицы, массу которых трудно измерить. Нейтрино удивительны, так как масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели элементарных частиц, описывающей субатомный мир.

Мир элементарных частиц

Общая теория относительности (ОТО) с невероятной точностью описывает законы физики как на Земле так и в космосе. Эйнштейн также предсказал существование гравитационных волн и черных дыр, правда, он считал, что их обнаружение невозможно. Но несмотря на открытия последних лет, ОТО не может описать Вселенную целиком.

Масла в огонь подливает квантовая механика – фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Считается, что они пронизывают Вселенную и формируют фундаментальные силы природы.

Интересный факт Основная проблема построения научной «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру.

Существует четыре фундаментальных силы или взаимодействия — гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. В совокупности они составляют основу известных природных явлений.

Напомним, что Стандартная модель элементарных частиц описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие. Фотоны, например, опосредуют электромагнетизм, а крупные частицы, такие как W и Z-бозоны, опосредуют слабое ядерное взаимодействие, которое управляет ядерным распадом на субатомном уровне.

Но чем больше физики погружаются в изучение микромира, тем больше у них возникает вопросов. И особенно о нейтрино – самых распространенных в природе частицах, увидеть которые нельзя. Большинство нейтрино поступают от Солнца, но некоторые образуются в верхних слоях атмосферы. Словом, современная физика пока не может описать Вселенную целиком.

Больше по теме: Физики доказали существование энионов – третьего царства частиц

Стерильные нейтрино

Итак, сегодня мы знаем о существовании трех типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Многие исследователи полагают, что существует четвертый аромат – стерильные нейтрино.

Свое название эти частицы получили исходя из предположения о том, что они взаимодействуют с другими частицами исключительно за счет гравитации. А вот оставшиеся три разновидности могут объяснить природу темной материи.

Нейтрино входит в число самых распространенных частиц во Вселенной, но поймать их сложно. Так как у этих частиц практически нет массы и электрического заряда. Отследить их можно только по слабому ядерному взаимодействию.

Темная материя – таинственная невидимая и неуловимая субстанция, на долю которой приходится 85% всей материи во Вселенной. В то же самое время одними из возможных частиц, составляющих темную материю, могут быть стерильные нейтрино.

Особое отношение физиков к нейтрино обусловлено их странными свойствами –электронное нейтрино может превратиться в тау- или мюонное нейтрино, и наоборот. Это объясняет интересный квантомеханический эффект под названием нейтринные осцилляции – когда один вид нейтрино превращается в другой, или же становится антинейтрино.

Поисками нейтрино ученые занимаются по всему миру

Ряд аномалий, выявленных еще в 1990-х годах во время экспериментов по изучению нейтрино, подтвердила работа 2002 года, а также исследования последних лет. К тому же новый эксперимент, проведенный глубоко под землей, также зафиксировал наличие аномалий, Так что либо стерильные нейтрино действительно существуют, либо все наши знания физики ошибочны.

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

Осевой бозон Хиггса

Существование бозона Хиггса было предсказано в 1964 году физиком-теоретиком Питером Хиггсом, но обнаружить частицу удалось лишь на Большой адронном коллайдере (БАК) десять лет назад. Считается, что именно бозон Хиггса придает массу всем остальным частицам Стандартной модели и фактически ее подтверждает.

Но недавно физики из Бостонского университета сообщили об обнаружении родственной бозону Хиггса частицы – так называемой осевой бозон Хиггса. К такому выводу исследователи пришли без помощи БАК, что удивительно. Более того, наличие у «частицы Бога» родственника свидетельствует о недостатках современной физической теории, включая неточность Стандартной модели элементарных частиц.

Кстати, обнаружить «кузена» бозона Хиггса удалось в ходе настольного оптического эксперимента, который проводился на обычном столе, – сообщает Live Science.

Большой адронный коллайдер позволил обнаружить частицы, существование которых предсказывали десятилетия назад

Стандартная модель включает два типа частиц: бозоны, к которым относятся глюоны и гравитоны; и фермионы, которые составляют материю и включают в себя нейтрино, электроны и кварки. Однако поиски частиц, способных полностью объяснить природу Вселенной, частенько заводят физиков в тупик. Так что исследователи ожидают новый запуск БАК после почти трехлетнего перерыва и надеются обнаружить больше частиц, что скрываются на просторах Вселенной.

Стандартная модель навсегда

По словам авторов научной работы, опубликованной в журнале Nature, осевой бозон Хиггса создает магнитное поле. А еще эта частица может являться частью темной материи, из которой состоит большая часть Вселенной.

Чтобы обнаружить таинственную частицу ученые использовали редкоземельный трителлурид — квантовое вещество с двухмерной кристаллической структурой. В нем электроны самоорганизуются в волну, в которой плотность заряда периодически увеличивается или уменьшается.

Бозон Хиггса – частица, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу

По словам исследователи, осевой бозон Хиггса возник, когда в квантовом веществе при комнатной температуре имитировали определенный набор волн. Для дальнейшего наблюдение за новой частицей физики использовали рассеивание света.

Изначально мы просто исследовали светорассеивающие свойства этого вещества. Но потом обнаружили аномальные изменения, которые намекали на существование чего-то нового, — объясняют авторы научной работы.

Самое главное в этой истории заключается в том, что появление осевого бозона Хиггса все еще согласуется со Стандартной моделью элементарных частиц. Теоретически, новый бозон Хиггса может объяснить существование темной материи. Правда, для этого нужна новая теория, которая согласовывалась бы с существующими экспериментами и еще не обнаруженными частицами. Так что говорить о новой физике пока рано.

Не пропустите: Физика частиц и новейшие технологии: что нас ждет в ближайшие 10 лет?

Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия «новой физики»

С другой стороны ряд ранее опубликованных исследований свидетельствует об аномалиях и обнаружении новой силы природы. Подробнее о том, что эта за сила и почему физика стоит на пороге перемен мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению.

С точки зрения квантовой физики время – всего лишь иллюзия

Время – абстрактная величина или математическое понятие, существующее в нашем представлении реальности.

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. К тому же, пространство и время неразрывно связаны между с собой. Их дуэт проявляется в движении и развитии материи. Что же до главой силы во Вселенной, то гравитация искусно вплетает материальные объекты в ткань пространства-времени и дуэт превращается в трио. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна удивительно точно описывает Вселенную. Но квантовая механика нарушает эту гармонию, ведь в мире субатомных частиц все устроено иначе. Две фундаментальные физические теории не согласуются друг с другом, что привело к кризису в современной физике. Но что, если взглянуть на ситуацию радикально по-другому? Существует ли вообще время? И если нет, то как тогда устроена Вселенная?

Что такое время?

Начнем с того, что структуру реальности абсурдно ставить под сомнение. Ведь мы только и делаем, что сверяемся со временем. Отмечаем дни рождения и другие ежегодные праздники, да уж там, вся наша жизнь – это одно большое расписание, график, к которому мы привыкли. Более того, все тонкие фрагменты времени, назовем их так, создают нас и повседневную жизнь повсюду.

Но если предположить, что радикальный пересмотр физической теории – это правильный путь, способный все расставить по своим местам, для начала нужно понять что такое время.

Физики определяют время как последовательность событий из прошлого в настоящее и в будущее. Время также можно рассматривать как четвертое измерение реальности, используемое для описания событий в трехмерном пространстве. Следовательно, для нас время движется вперед, как стрела.

Время во Вселенной может не существовать вовсе

И если Вселенную рассматривать как замкнутую систему, ее энтропия (степень беспорядка) не может уменьшиться. Это означает, что Вселенная не может вернуться в прежнее состояние, следовательно, время не может обернуться вспять. Вроде бы, все верно, но недавно физики нащупали кое-что интересное: на квантовом уровне время течет иначе, а частицы могут путешествовать в прошлое.

Можно ли отследить квантовые частицы без наблюдателя? Ответ ловите в этой статье и не забудьте подписаться на наш канал в Telegram, чтобы всегда оставаться курсе последних научных открытий!

Уравнения, на которых построена физическая наука, гласят, что квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным стрелам времени (вперед и назад во времени). А значит, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад. Подробнее о том, как физики пришли к такому выводу, мы рассказывали ранее.

Движение вперед

Достижения в области физики предполагают, что времени действительно не существует, по крайне мере в нынешнем его понимании. Многие ученые всерьез рассматривают эту возможность. Как выяснили исследователи из Австралийского католического университета, новая физическая теория ставит под сомнение само существование времени в нашей реальности.

На квантовом уроне времени не существует.

Важно понимать, что данный подход обусловлен математическими уравнениями. Если взять трехмерный набор координат, например, (x, y, z) и убрать из него «z», предположив, что ее «больше не существует», решение уравнения покажет другой результат. Подобные решения привели физиков к теории квантовой гравитации.

Мы не так часто об этом задумываемся и все же, как считаете, было ли у Вселенной начало? Исследователи считают, что она существовала всегда, в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом. Продолжение можно прочитать здесь.

Безусловно, пересмотр нашей реальности – это немалый подвиг. Особенно, когда речь заходит о теории петлевой квантовой гравитации или теории струн. И несмотря на то, что обе теории в некотором смысле потерпели неудачу, мечта Альберта Эйнштейна о создании теории всего вдохновляет ученых. Но есть еще кое-что интересное: теория петлевой квантовой гравитации допускает отсутствие времени как фундаментального понятия реальности.

Теория квантовой гравитации

Знаменитый мысленный эксперимент Эдвина Шредингера с кошкой и коробкой, внутри которой находится радиоактивное вещество – это парадокс. Если мы откроем коробку, то кошка умрет из-за распада вещества. Но пока коробка закрыта и мы не видим кошку, она находится в квантовой суперпозиции, а значит и жива и мертва одновременно.

Для нас время может быть всего лишь иллюзией

Квантовая механика — это область исследований, которая рассматривает, как частицы взаимодействуют между собой, находясь в суперпозиции. Это также означает, что частица может находиться в двух или даже во «всех» возможных местах одновременно. Конечно, путь к прогрессу тернист, однако ученые не были готовы к тому, насколько странной становится квантовая механика.

Загвоздка в том, что квантовая суперпозиция противоречит ОТО, которая была интегрирована в стандартную модель физики элементарных частиц с тех самых пор, как Эйнштейн впервые сформулировал ее в начале 1900-х годов.

Согласно ОТО, существующие физические объекты ведут себя ответ на силу гравитации. Время течет по—разному в зависимости от того, где и как вы путешествуете в пространстве и является одним из ключевых законов Вселенной в рамках стандартной модели.

Но несмотря на популярную тенденцию подвергать сомнению природу времени, его физическая «реальность» не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, а граница между событиями, которые были измерены, не определяет их исход.

Мы воспринимаем время как социальный конструкт

Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, квантовый мир существует так же как и реальный мир. Это разделение показывает нам что происходит в природе, когда ранее неопределенные вещи становятся определенными. Выходит, время может быть фундаментальным. Но может и нет. То же самое происходит с воспринимаемой нами стрелой времени.

Больше по теме: Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

Новая эра физики

Но если пойти еще дальше и предположить, что время – единственное, что удерживало человечество с самого зарождения цивилизации, будет уничтожено, то что останется Согласно классической физике, на выходе мы получим «причинно-следственную связь», то есть идею, согласно которой одно событие влечет за собой другое.

Это понятие не поддается никаким абсолютным понятиям и существует абстрактно, – полагают исследователи.

В попытках связать математические уравнения с реальностью, ученые предполагают, что если времени не существует, то оно не оказывает прямого влияния на нашу жизнь, даже если продвигает физику в новую эру. Дело в том, что мы воспринимаем время как социальный конструкт, который является для нас реальностью, а измеряем мы его просто посмотрев на часы.

И даже если время на самом деле не существует, наша жизнь будет идти своим чередом.

О том, как продвигаются исследования в этой области, можно узнать в одной из предыдущих статей, рекомендуем к прочтению.

В конечном итоге это довольно удобно, так как человеческий мозг с трудом справляется с такими понятиями, как бесконечность и ткань пространства-времени. Но так как взаимодействие элементарных частиц между собой вызывает массу вопросов, а ответы на них нам пока неизвестны, физики и математики над этим работают.

Апрель 2024
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30