ДИСКРЕТНАЯ МНОГОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ВРЕМЕНИ
Л.НАМЕР
На главную страницу
Темы дня:
• Археологи откопали в центре Рима "вращающуюся" гостиную Нерона
• Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
• Одна из пряных трав оказывает заметный "молодящий" эффект
• Белый чай оказался гораздо целебнее всех других напитков
• "Горячие точки" химического загрязнения окружающей среды
• В бронзовом веке строили храмы в честь русалок
• Солнечная активность привела к возникновению редкого явления
begun Дать объявление
Soft: Аскон Система...
трехмерного прочностного анализа APM Studio FEM, лицензия. ..
Цена: 70 000 р.
Все объявления
Большинство гипотез времени явно или скрыто используют понятие «вложенного времени», то есть идеи, что можно наблюдать ход времени со стороны, не будучи в него включенным. В частности, таково элегантное (хотя и неизвестно, верное ли) рассуждение на тему конечности и бесконечности времени. В нем предлагается рассмотреть ограниченную в пространстве область, в которой первая секунда длится 1 секунду по нашим часам, вторая — 1/2 секунды, третья — 1/4 и т. д. В такой ситуации цивилизация, существующая вечно по своим внутренним часам, закончит свое существование в 2 секунды по нашим — внешним — часам. Пример можно усилить, сделав эту (нашу) внешнюю цивилизацию внутренней для некоей другой. И даже организовав бесконечную цепочку таких вложений. Но все эти рассуждения требуют бесконечной дробимости, то есть непрерывности времени, а это — гипотеза недоказанная и, скорее всего, неверная. Наша модель будет иной — дискретной.
Итак, мир в каждый конкретный момент есть просто состояние, есть то, что он есть, описание всех его элементарных частиц или иных — возможен любой вариант — объектов. Можно считать, что состояние мира — это последовательность нулей и единиц, множество черных и белых клеток и т. д. Мир в целом есть множество таких описаний. Немедленно возникает естественная мысль, что последовательность «актуальных» описаний — это и есть временная развертка, мир во времени, последовательность, кончающаяся текущим моментом и непрерывно удлиняющаяся. Попробуем, однако, рассмотреть модель последовательно и логично.
Итак, если у нас есть множество описаний, как их можно упорядочить? Начнем с линейного, то есть такого, когда для каждого состояния можно указать не более одного последующего. Точнее — для всех, кроме одного, — ровно одно, а для одного (последнего) — ни одного. Тогда законы физики немедленно дают единственное упорядочивание, ибо любая перестановка в последовательности описаний нарушит ограничение скоростей перемещения скоростью света — объекты будут прыгать мгновенно. На то, что данное состояние в паре соседних является последующим, а не предыдущим, указывает направление возрастания энтропии — «стрела времени». Таким образом, при одномерном упорядочивании время — просто последовательность состояний. Причем эта последовательность может быть как полубесконечна — если мир существовал «всегда», так и конечна — если был «сотворен». То есть, в понимании физика, мир имел конечное количество состояний или существовал конечное время. При этом физик допускает существование иной модели, которая вместит в себя сегодняшнюю как частный случай. Ни о каком ином «сотворении» в физике, да и вообще в науке речь идти не может. Утверждения о «сотворении» мира несколько тысяч лет назад и о тех миллионах и миллиардах лет, которые существуют, по данным науки, живые существа, планеты и звезды, могут быть совмещены лишь тремя способами.
Во-первых, утверждением, что в тезисе о сотворении мира сколько-то тысяч лет назад имеется в виду не сотворение и не годы, а нечто иносказательное. Но этим способом можно доказать и что ворона белая. Действительно, можно трактовать моральную чистоту (в частности, вороны) как белизну.
Второй способ — утверждать, что мир был сотворен именно таким, будто ему миллионы и миллиарды лет и творец напихал в землю окаменелые останки ящеров, чтобы задурить голову палеонтологам.
Третий и последний способ — отказаться от закона исключенного третьего и думать одним полушарием одно, а другим — другое. Психологически это бывает весьма комфортно, многие из нас живут так уже почти век — и ничего. Вернемся, однако, к упорядочиванию и посмотрим, не может ли оно быть более сложным.
Следование может быть неоднозначным, то есть за состоянием А могут следовать состояния В и С. Неоднозначность, хаос не есть для физики нечто новое. Новым в нашем случае будет расщепление реальности в точке А на два потока. Которые, впрочем, могут впоследствии и слиться. Но в любом случае никаких новых явлений по части времени не возникает, просто мы получаем два (или более) потока событий. Можно считать, что в каждом потоке время свое, но можно этого и не считать. Ибо состояния в каждом потоке нумерованы, а эти номера и есть наше время (или наши времена). Если потоки не сливаются, то нет никаких причин как-то связывать или разделять эти нумерации — это вопрос условностей. Если потоки состояний где-то сольются, то есть за состоянием М в одном потоке и состоянием N — в другом последует одно и то же состояние Q, то возникает вопрос согласования нумераций. Естественно приписать Q номер, на единицу больший максимального из номеров состояний М и N. Если же кто-то захочет интерпретировать эти номера как обычное время, то придется признать, что в рукавах М и N время течет по-разному, то есть переходы из состояния в состояние занимают различное время. Однако никаких особенностей в смысле времени мы в этой модели не получили. Надо лишь помнить, что переходы А → (ВиС) или (М и N) → Q должны не противоречить законам природы — ограниченности скорости, сохранению энергии, момента импульса, заряда и т. д.
Как известно из математики, все счетные множества эквивалентны, то есть если мы каким-либо способом занумеровали элементы множества, оно эквивалентно множеству целых чисел (натуральному ряду). Поэтому в математическом смысле многомер¬ное дискретное время, то есть многомерная нумерация, эквивалентно одномерному. Физически это не так, потому что при превращении многомерной нумерации в одномерную рядом (то есть обладающими соседними номерами) окажутся состояния, которые по физическим причинам следовать одно за другим не могут (по соображениям возрастания энтропии, огра¬ничения скорости и т. д.). Поэтому «многорусловое», или, можно назвать его и так, «многоканальное», время не есть многомерное — движение вдоль другого измерения (других измерений) невозможно. Состояния, различающиеся первым номером, то есть лежащие в разных руслах, но имеющие одинаковый второй номер, не обязаны являться соседними. Но могут ими и являться — в единственном случае: если русла на следующем шаге сольются.
Модель многоруслового, многоканального времени, которую мы получили, подозрительно напоминает модель П.Эверетта, художественные рассуждения П.Амнуэля и работы некоторых иных авторов, однако наша цель, признаемся, — иная. Мы хотим рассмотреть вопрос о существовании многомерного времени, не сводимого к описанному только что многоканальному.
Отвлечемся немного на актуальный вопрос о путешествии во времени. В нашей модели течение времени — это появление новых состояний, новых картин мира. В этом случае никакое путешествие в художественном смысле невозможно — все картины уже есть. Причем ни в одной из них нет меня, потенциального путешественника. А если на картине 123 456 789 я и есть — то не потому, что пропутешествовал туда из актуальной картины 987 654 321. Но лишь потому, что был там всегда. Даже если мы — нарушив логику повествования и логику физики — предположим, что есть некто, рассматривающий эти картинки, то есть всю историю мира, со стороны (распространенный прием в НФ), то войти в них он тоже не может. Путешествие в прошлое возможно только посредством уничтожения какой-то последней части картинок. В этом случае мы возвращаем в прошлое весь мир, стирая часть памяти о нем. Пойдет ли развитие второй раз по тому же пути — неизвестно. Современная физика не считает мир детерминированным. Возможна, впрочем, ситуация, когда какие-то характеристики сохраняются, поскольку действуют законы сохранения, а что-то иное может и изменяться. Но все это, естественно, не многомерность.
Что мы, собственно говоря, называем многомерным пространством? Например, наше пространство — говорим мы — трехмерно. Это означает несколько вещей. Во-первых, необходимость знания трех чисел для ответа на вопрос «где?». Во-вторых, возможность перемещения объекта вдоль трех независимых направлений. И наконец, свойства некоторых законов физики (например, степень «2» в законах гравитации, Кулона и т. д.). Что из этого можно отнести к времени? Первое — да, можно. На вопрос «когда?» мы отвечаем одним числом, но можно представить себе ситуацию, когда в ответ приходится называть два числа. Разумеется, это кажется странным, но не более, чем двумерному существу — идея трех измерений или нам — идея четырех. Простейший способ представить себе такое — вообразить бесконечную последовательность миров (дву- или трехмерных соответственно), причем тело, имеющееся в моем (дву- или трехмерном) мире, в экземплярах этой последовательности может и не появляться — если оно вдоль новой координаты не движется. Похожие идеи (слоистый мир) под разными соусами развивались и П.Амнуэлем, и В.Пелевиным, и ортодоксальной физикой (многолистная модель Вселенной А.Д.Сахарова). В применении к времени (с учетом того, что время — в нашей модели — само по себе является последовательностью картин мира) эта идея выглядит так. Имеется одна («наша») последовательность. Это наше значение «времени 1» и изменяющееся «время 2» — обычное время. Но есть и другие последовательности картинок, с другими «временами 1» и также изменяющимися «временами 2». Более того! «Время 1» тоже идет, то есть в памяти появляются все новые и новые последовательности. Причем все более длинные — ибо «время 2» тоже идет! Можно представить себе картинки (картины мира), заполняющие временную плоскость (если время двумерно), временной объем и т. д.
Посмотрим, как выглядит в применении ко времени второе свойство пространства — возможность перемещения, причем по трем (в трехмерном пространстве) осям. Оно не выглядит никак — ибо во времени, вполне ортодоксальном и одномерном, никакого перемещения нет. Напомним, что ни сверхсуществ, парящих над пространственно-временным континуумом, ни чего-либо иного потустороннего у нас нет. А если б и было, оно могло бы лишь уничтожить часть последовательности (причем только с конца, начиная с последних картинок), просто возвращая мир в прошлое (прошлое t1 прошлое t2, прошлое и t1 и t2).
Самая интересная ситуация, согласно законам жанра, складывается с третьим свойством пространственной трехмерности. Как известно, эта трехмерность радикально влияет на законы физики и вид Вселенной. А именно: степень над расстоянием в знаменателе закона Кулона и гравитации и т. п. есть именно что «размерность минус 1». Далее в учебниках объясняется, что в двумерном или четырехмерном мире (с единицей или тройкой в качестве степени над расстоянием) Вселенная выглядела бы совершенно иначе. Например, в некоторых случаях было бы невозможно существование атомов и планет у звезд. А в других случаях Вселенная была бы значительно проще, и в ней было бы невозможно возникновение сложных систем (в частности, физиков, ее изучающих).
Время входит во многие физические законы, и вполне возможно, что изменение размерности времени повлияет на ход процессов — причем процессов, наблюдаемых жителями какого-то одного времени t1 (например, нашего). Опять же, сравним эту ситуацию и положение с пространством. Если изменить размерность пространства с 3 на 4, то жители трехмерного подпространства заметят это, даже не имея возможности попасть в другие значения четвертой координаты. У них, в их трехмерном подмире, изменится вид закона Кулона (и некоторых других законов).
Множество процессов (и физических, и химических) в мире идет так, что значения параметров изменяются по экспоненте. Если эта принципиальная особенность нашего мира зависит от размерности времени, то в мире иного числа временных измерений все процессы могут идти иначе — не экспоненциально. Очевидно, что в мире нулевого числа временных измерений процессы не будут идти никак — мир будет абсолютно статичным. Возможно, что в мире двух временных измерений процессы будут идти качественно быстрее, например, как экспонента от времени в квадрате или вообще линейно — и заканчиваться за конечное время.
Таким образом, не исключено, что иные размерности времени не запрещены основными законами физики, но запрещены антропным принципом (Д.Картер). Эти миры будут существовать так недолго, что в них будет невозможно появление сложных систем, способных наблюдать этот мир. В том числе и разумных существ, и, в частности, физиков.
Источник: "Химия и жизнь"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
12:19 29-09-09
вернуться на главную
Реклама:
begun Стать партнером Дать объявление Все объявления
Делай деньги на Форекс.Минимальные вложения - быстрый результат! Бонусы новичкам.
www.fxclub.com • Европа Аренда жилья для отдыхаЧастный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru Туры в ВеликобританиюПутевки в Великобританию. Спецпредложения турагентств и операторов
www.votpusk.ru
комментарии к статье (12)
зарегистрированные пользователи могут получать по почте комментарии к этой статье: подписаться отписаться
Добавить комментарий:
Имя:
Текст:
Введите число на картинке:
КАКИЕ ТАЙНЫ СКРЫВАЕТ МИРОВОЙ ОКЕАН?
• Ю.Н. ЕЛДЫШЕВ
Прогнозируемый в обозримом будущем в связи с глобальным потеплением подъем уровня Мирового океана на 1—1,5 м — сущий пустяк по сравнению с колебаниями его уровня в прошлом, утверждают австралийские и норвежские ученые, установившие, что 82 млн лет назад (в верхнем меловом периоде) уровень океана был на 170 м (!) выше, чем сейчас. Любопытно, что, по мнению авторов, основная причина этих колебаний — изменения не столько объема воды, сколько уровня и рельефа дна океана
17:06 22-07-10
СОВРЕМЕННАЯ ИСТОРИЯ СОТВОРЕНИЯ МИРА
• Алекс ВИЛЕНКИН
Что было до Большого взрыва? Что происходило после него? И есть ли за пределами нашего мира иные миры, возможно, похожие на наш и существующие параллельно? Идея первичного огненного шара родилась в голове Георгия Гамова, очень колоритного физика российского происхождения. Его коллега Леон Розенфельд писал, что это был "славянский гигант с огненной шевелюрой, очень ярко говорящий по-немецки; в действительности он был ярок во всем, даже в своей физике"
12:21 12-07-10 (комментариев: 5)
В ЧЕМ СМЫСЛ КУЛЬТУРЫ?
• Вадим МЕЖУЕВ
Как бы, однако, ни понимать культуру, она охватывает собой все, что создано, произведено многими поколениями людей, что существует в силу не природной необходимости или божественного предопределения, а человеческой деятельности. Это азы. Но, признавая за человеком способность что-то создавать в этом мире, мы еще не отвечаем на другой вопрос: кто создал самого человека? Именно ответ на этот вопрос привел когда-то к открытию культуры
14:47 02-07-10
КАК ИЗМЕНИТ МИР СОЗДАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ЖИЗНИ?
В конце мая 2010 года Крейг Вентер, который возглавляет собственный частный институт, где работают нобелевские лауреаты, объявил о новом прорыве - создании искусственного живого микроорганизма. Создание искусственной жизни открывает человечеству путь к прежде недоступным масштабным задачам
11:27 28-06-10 (комментариев: 7)
УСПЕХИ ГЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ: ГМ-КОМАРИКИ С ВАКЦИНОЙ И ГМ-ЭВКАЛИПТЫ
• Пётр ОБРАЗЦОВ
В летнюю пору не только огородников, но и ученых больше всего занимают проблемы сельского хозяйства. Естественно, научные проблемы. Естественно, естественно-научные. А передовая естественная наука на этом фронте - генная модификация растений (впрочем, и животных). Генно-модифицированные организмы (ГМО), с одной стороны, выращиваются на все больших территориях, а с другой - подвергаются яростной критике "зеленых", хотя именно ГМО и есть самые зеленые из всех культурных организмов. В том смысле, что дают наибольший урожай и меньше всего поедаются вредителями
15:07 25-06-10
НОВАЯ ГИПОТЕЗА О МЕСТОНАХОЖДЕНИИ КЛАДА НАПОЛЕОНА
Штаб-квартира кладоискателей - колоритный бревенчатый сруб на Можайском шоссе. Когда-то этот дом принадлежал цыганскому барону. Теперь в нем живет Александр Серегин, директор Музея позабытых вещей и один из основателей Центра. Внутри - старинная мебель, огромные сундуки, на полках - многочисленные изображения Наполеона. Рядом - крупные шарики картечи и потертые монетки. "Неужели настоящие?"
09:09 08-06-10
КЛИМАТОЛОГИ ОБЪЯСНИЛИ ПРИЧИНУ ЕВРАЗИЙСКОГО ХОЛОДА ПРОШЕДШЕЙ ЗИМЫ
• Татьяна ЗИМИНА кандидат химических наук
Прошедшая зима запомнилась непривычно долгими морозами, которые никак не укладывались в представления о глобальном потеплении климата. И действительно, зима 2009/10 года представляется совершенно уникальной — аномальный холод в Сибири (декабрьское отклонение от «нормы» достигало −12оС), в европейской части России и Северной Европе. Англию засыпало снегом, Средиземноморье и восток Северной Америки залило дождями, а на тихоокеанском побережье Канады было необычно тепло. Что же происходило на нашей планете прошедшей зимой
14:18 01-06-10
УЧЕНЫЕ ПРЕДЛОЖИЛИ СИСТЕМУ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ОТ ПРЕЖДЕ НЕБЫВАЛОГО БЕДСТВИЯ
Самая опасная из возможных катастроф планетарного масштаба – инверсия, то есть смена полярности, магнитного поля Земли. В момент инверсии его напряженность ослабевает, оставляя людей беззащитными перед солнечной радиацией. По мнению академика Евгения Шемякина и кандидата физико-математических наук Сергея Цыганкова, процесс инверсии уже начался, и у человечества есть единственная возможность спастись
13:40 31-05-10 (комментариев: 21)
МИФЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
• Г.В.ЭРЛИХ доктор химических наук
Любой вид человеческой деятельности обрастает мифами. Нанотехнологии, главный научно-технологический проект современности, не исключение. Более того, здесь мифотворчество касается самой сути. Большинство людей, даже принадлежащих к научному сообществу, убеждены, что нанотехнологии — это в первую очередь манипулирование атомами и конструирование объектов посредством сборки из атомов. Это — главный миф
16:53 24-05-10 (комментариев: 4)
СТРАННОСТИ ПОЗНАНИЯ
В коллайдере поймали новую частицу, а на Арарате - "утку" про Ноев ковчег
• Пётр ОБРАЗЦОВ
Большой адронный коллайдер (БАК) не выполнил пока своего главного предназначения - найти "частицу Бога". Этот так называемый бозон Хиггса был давно теоретически предсказан, но экспериментально еще не обнаружен. Зато физики уже нашли частицу, состоящую из "прелестного" кварка и "странного" антикварка
вторник, 27 июля 2010 г.
АМЕРИКАНСКИЕ ФИЗИКИ ПРИШЛИ К СЕНСАЦИОННОМУ ЗАКЛЮЧЕНИЮ
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Двое американских физиков — Д. Койн из Калифорнийского университета в Санта Крузе и Д. Ченг из Альмаденского исследовательского центра IBM в Сан-Хосе — пришли к сенсационному заключению: все известные элементарные частицы могут представлять собой миниатюрные черные дыры.
Напомним, что согласно современным представлениям время жизни подобных объектов крайне мало — они испаряются в результате квантового эффекта, называемого излучением Хокинга. Однако исследователи показали, что в рамках их гипотезы черные дыры могут находиться в некотором устойчивом состоянии.
Расчеты показывают, что подобные черные дыры будут обладать свойствами, сходными с элементарными частицами. В частности, физики отмечают, что возможно существование большого количества микроскопических черных дыр, свойства которых будут заметно отличаться друг от друга.
Ссылки по теме:
Новая частица оказалась красивой, но очень странной
Физики зарегистрировали "загадочную" элементарную частицу
"Кирпичики" Вселенной: элементарные частицы на эпизодических ролях
Физикам стала известна масса частицы, прежде считавшейся невесомой
Отсюда исследователи делают вывод, что существует вероятность, что все элементарные частицы являются просто стабильными микроскопическими черными дырами. Подтверждение эта экстравагантная теория, по мнению физиков, может получить благодаря данным с Большого адронного коллайдера, который пусть и с опозданием, но должен вступить в строй.
Здесь уместно вспомнить о гипотезе без преувеличения великого русского ученого Александра Александровича Фридмана, предложенной им на основании общей теории относительности Эйнштейна. Фридман еще в 1924 году показал возможность существования вселенных, заключенных в сколь угодно малых областях пространства: при близких значениях инертной и гравитационной энергий суммарная энергия объекта (с точностью до множителя эквивалентная массе) может стать сколь угодно малой и даже равной нулю; тело же с нулевой массой — не более чем точка. Позже гипотеза Фридмана, позволяющая одни и те же объекты рассматривать и как элементарные частицы, и как макросистемы, получила развитие в трудах академика Моисея Александровича Маркова, а частицы, содержащие в себе вселенные, в честь А.А. Фридмана назвали фридмонами. М.А. Марков, в частности, установил, что фридмоны могут быть незамкнуты — иными словами, возможен переход между «микровселенной» фридмоном и окружающей ее «макровселенной».
А еще стоит напомнить, что возможность существования черных дыр микроскопического масштаба была предсказана в работах академика Я.Б. Зельдовича (размер таких микродыр составляет десятые доли процента размера атома). Подобные объекты, по Зельдовичу, способны также излучать мюоны. Согласно теории Зельдовича, сверхплотные тела ничтожных размеров могут существенно исказить пространство вблизи себя, но при этом их действие локально — то есть, в отличие от макроскопических черных дыр, они действуют на конечных (как правило, весьма небольших) расстояниях и не способны поглотить в себе макромир. Об этом сообщает "Знание - Сила".
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Двое американских физиков — Д. Койн из Калифорнийского университета в Санта Крузе и Д. Ченг из Альмаденского исследовательского центра IBM в Сан-Хосе — пришли к сенсационному заключению: все известные элементарные частицы могут представлять собой миниатюрные черные дыры.
Напомним, что согласно современным представлениям время жизни подобных объектов крайне мало — они испаряются в результате квантового эффекта, называемого излучением Хокинга. Однако исследователи показали, что в рамках их гипотезы черные дыры могут находиться в некотором устойчивом состоянии.
Расчеты показывают, что подобные черные дыры будут обладать свойствами, сходными с элементарными частицами. В частности, физики отмечают, что возможно существование большого количества микроскопических черных дыр, свойства которых будут заметно отличаться друг от друга.
Ссылки по теме:
Новая частица оказалась красивой, но очень странной
Физики зарегистрировали "загадочную" элементарную частицу
"Кирпичики" Вселенной: элементарные частицы на эпизодических ролях
Физикам стала известна масса частицы, прежде считавшейся невесомой
Отсюда исследователи делают вывод, что существует вероятность, что все элементарные частицы являются просто стабильными микроскопическими черными дырами. Подтверждение эта экстравагантная теория, по мнению физиков, может получить благодаря данным с Большого адронного коллайдера, который пусть и с опозданием, но должен вступить в строй.
Здесь уместно вспомнить о гипотезе без преувеличения великого русского ученого Александра Александровича Фридмана, предложенной им на основании общей теории относительности Эйнштейна. Фридман еще в 1924 году показал возможность существования вселенных, заключенных в сколь угодно малых областях пространства: при близких значениях инертной и гравитационной энергий суммарная энергия объекта (с точностью до множителя эквивалентная массе) может стать сколь угодно малой и даже равной нулю; тело же с нулевой массой — не более чем точка. Позже гипотеза Фридмана, позволяющая одни и те же объекты рассматривать и как элементарные частицы, и как макросистемы, получила развитие в трудах академика Моисея Александровича Маркова, а частицы, содержащие в себе вселенные, в честь А.А. Фридмана назвали фридмонами. М.А. Марков, в частности, установил, что фридмоны могут быть незамкнуты — иными словами, возможен переход между «микровселенной» фридмоном и окружающей ее «макровселенной».
А еще стоит напомнить, что возможность существования черных дыр микроскопического масштаба была предсказана в работах академика Я.Б. Зельдовича (размер таких микродыр составляет десятые доли процента размера атома). Подобные объекты, по Зельдовичу, способны также излучать мюоны. Согласно теории Зельдовича, сверхплотные тела ничтожных размеров могут существенно исказить пространство вблизи себя, но при этом их действие локально — то есть, в отличие от макроскопических черных дыр, они действуют на конечных (как правило, весьма небольших) расстояниях и не способны поглотить в себе макромир. Об этом сообщает "Знание - Сила".
Космическая рябь стремится объединить две физики
25 ноября 2009
membrana
• Обсуждение
• Отправить • Распечатать
• в Избранное
Наш мир описывается как минимум двумя абсолютно разными способами – при помощи так называемых классической и квантовой физик. Уже почти век учёные с переменным успехом пытаются разработать теорию, которая объединила бы законы объектов макромира с таинственным поведением субатомных частиц, способных быть в нескольких местах и состояниях одновременно.
Интригующий вариант разрешения этой дуальности предлагает команда исследователей под руководством Браима Ламина (Brahim Lamine) из парижского университета Пьера и Мари Кюри (UPMC). На очередном коллоквиуме "Гравитация и фундаментальная физика в космосе" (GPhyS) учёные обнародовали теорию, которая могла бы положить конец вековому противоречию классической и квантовой физики.
Мирное сосуществование обеих моделей, как объясняет группа Ламина, может присутствовать во Вселенной, пространственно-временной континуум которой по сей день пронизывает своеобразная "космическая рябь" гравитационных волн. Это явление возникло как результат быстрого расширения Вселенной после Большого взрыва и последующих космических катаклизмов наподобие сталкивающихся чёрных дыр.
Провоцируемое гравитационными волнами явление декогерентности воздвигает некое подобие естественной границы между "классическими" и "квантовыми" объектами, что мы наблюдаем (иллюстрация tdub303/Flickr.com).
Браим в своей статье (PDF-документ; 3,8 Мб) при помощи коллег рассчитал, как колебания пространства-времени могут способствовать проявлению квантовой декогерентности на примере систем с очень большой массой (планеты и спутники).
Как и предполагалось, специалисты обнаружили, что при индуцировании гравитационными волнами немедленно происходит коллапс любой волновой функции. По идее, то же верно и для объектов классической физики меньшего размера, но проверить это пока так же нельзя, как и точно определить границу перехода между двумя физиками по мере плавного уменьшения размера объекта.
Для экспериментального подтверждения гипотезы Ламина потребовалось бы в полностью изолированной системе применить прибор под названием материально-волновой интерферометр, в котором молекулы проходят через несколько дифракционных решёток.
Проходя через череду решёток, молекулы, которые в силу квантового дуализма являются и волнами, отклоняются и создают интерференционную картину. Такой корпускулярно-волновой дуализм уже удалось обнаружить для сравнительно крупных молекул C60 (иллюстрация ESA/Brahim Lamine).
Австрийские физики из университета Вены (Universität Wien) ранее проводили эксперимент, схожий по структуре с предложенным, в котором использовали пучки из фуллеренов C60. Для них впервые удалось наблюдать волны де Бройля и интерференцию, а ведь эти молекулы из-за своей сложности можно уже считать едва ли не макрообъектами.
Однако даже с молекулами такого размера эффект от воздействия гравитационных волн был бы слишком мал, чтобы чётко его зафиксировать. Для успешного подтверждения теории воздействия космической ряби потребовалось бы провести интерференцию сверхзвуковых пучков многослойных фуллеренов C3000 на пространстве площадью около 1 квадратного метра.
По мере роста размера молекул они всё сильнее приближаются к макрообъектам и классическому миру. Поэтому в случае применения в опыте с интерференцией пучков фуллеренов с числом атомов порядка 3000 (и в случае если невидимо присутствующий фон пространственно-временных колебаний и впрямь влияет на декогерентность) картина интерференции не возникнет – она будет разрушена в результате коллапса волновой функции (иллюстрация ESA/Brahim Lamine).
Теория космической ряби интересна прежде всего тем, что она изящно закольцовывает кажущееся противоречие двух физик. Если Большой взрыв и впрямь породил рябь, до сих пор, прямо в эту секунду пронизывающую всю Вселенную, то фактически это означает, что явление, описывающееся в рамках общей теории относительности (то есть гравитационные волны), напрямую оказывает влияние на квантовые явления. В данном случае – на декогерентность. А она, в свою очередь, создаёт стрелу времени через череду коллапсов неопределённых состояний в определённые и формирует привычный нам мир классической физики.
Квантовые эффекты, как выясняется, вполне можно наблюдать в макромире – не так давно мы рассказывали, например, про использующую обе физики микролампу и про то, как описывается квантовым уравнением обычная электроцепь. Всё это наводит на мысли о том, что если и не "космическая рябь", то какая-то другая теория должна успешно объединить две физики, описывающие одну и ту же Вселенную разными языками (иллюстрация Wojciech Zurek).
Получается картинка наподобие ленты Мёбиуса или поедающего свой хвост змея Уробороса, который, по представлениям древних (возможно, не таким уж наивным), обвивает мир.
Гипотеза гравитационной космической ряби вполне жизнеспособна и уж точно более проста для понимания, чем теория суперструн, считающаяся сейчас главным кандидатом на роль "теории всего". Подтвердится ли она экспериментально – покажет лишь генерируемое космической рябью время.
• Обсуждение • Распечатать • Отправить ссылку • На обложку
25 ноября 2009
membrana
• Обсуждение
• Отправить • Распечатать
• в Избранное
Наш мир описывается как минимум двумя абсолютно разными способами – при помощи так называемых классической и квантовой физик. Уже почти век учёные с переменным успехом пытаются разработать теорию, которая объединила бы законы объектов макромира с таинственным поведением субатомных частиц, способных быть в нескольких местах и состояниях одновременно.
Интригующий вариант разрешения этой дуальности предлагает команда исследователей под руководством Браима Ламина (Brahim Lamine) из парижского университета Пьера и Мари Кюри (UPMC). На очередном коллоквиуме "Гравитация и фундаментальная физика в космосе" (GPhyS) учёные обнародовали теорию, которая могла бы положить конец вековому противоречию классической и квантовой физики.
Мирное сосуществование обеих моделей, как объясняет группа Ламина, может присутствовать во Вселенной, пространственно-временной континуум которой по сей день пронизывает своеобразная "космическая рябь" гравитационных волн. Это явление возникло как результат быстрого расширения Вселенной после Большого взрыва и последующих космических катаклизмов наподобие сталкивающихся чёрных дыр.
Провоцируемое гравитационными волнами явление декогерентности воздвигает некое подобие естественной границы между "классическими" и "квантовыми" объектами, что мы наблюдаем (иллюстрация tdub303/Flickr.com).
Браим в своей статье (PDF-документ; 3,8 Мб) при помощи коллег рассчитал, как колебания пространства-времени могут способствовать проявлению квантовой декогерентности на примере систем с очень большой массой (планеты и спутники).
Как и предполагалось, специалисты обнаружили, что при индуцировании гравитационными волнами немедленно происходит коллапс любой волновой функции. По идее, то же верно и для объектов классической физики меньшего размера, но проверить это пока так же нельзя, как и точно определить границу перехода между двумя физиками по мере плавного уменьшения размера объекта.
Для экспериментального подтверждения гипотезы Ламина потребовалось бы в полностью изолированной системе применить прибор под названием материально-волновой интерферометр, в котором молекулы проходят через несколько дифракционных решёток.
Проходя через череду решёток, молекулы, которые в силу квантового дуализма являются и волнами, отклоняются и создают интерференционную картину. Такой корпускулярно-волновой дуализм уже удалось обнаружить для сравнительно крупных молекул C60 (иллюстрация ESA/Brahim Lamine).
Австрийские физики из университета Вены (Universität Wien) ранее проводили эксперимент, схожий по структуре с предложенным, в котором использовали пучки из фуллеренов C60. Для них впервые удалось наблюдать волны де Бройля и интерференцию, а ведь эти молекулы из-за своей сложности можно уже считать едва ли не макрообъектами.
Однако даже с молекулами такого размера эффект от воздействия гравитационных волн был бы слишком мал, чтобы чётко его зафиксировать. Для успешного подтверждения теории воздействия космической ряби потребовалось бы провести интерференцию сверхзвуковых пучков многослойных фуллеренов C3000 на пространстве площадью около 1 квадратного метра.
По мере роста размера молекул они всё сильнее приближаются к макрообъектам и классическому миру. Поэтому в случае применения в опыте с интерференцией пучков фуллеренов с числом атомов порядка 3000 (и в случае если невидимо присутствующий фон пространственно-временных колебаний и впрямь влияет на декогерентность) картина интерференции не возникнет – она будет разрушена в результате коллапса волновой функции (иллюстрация ESA/Brahim Lamine).
Теория космической ряби интересна прежде всего тем, что она изящно закольцовывает кажущееся противоречие двух физик. Если Большой взрыв и впрямь породил рябь, до сих пор, прямо в эту секунду пронизывающую всю Вселенную, то фактически это означает, что явление, описывающееся в рамках общей теории относительности (то есть гравитационные волны), напрямую оказывает влияние на квантовые явления. В данном случае – на декогерентность. А она, в свою очередь, создаёт стрелу времени через череду коллапсов неопределённых состояний в определённые и формирует привычный нам мир классической физики.
Квантовые эффекты, как выясняется, вполне можно наблюдать в макромире – не так давно мы рассказывали, например, про использующую обе физики микролампу и про то, как описывается квантовым уравнением обычная электроцепь. Всё это наводит на мысли о том, что если и не "космическая рябь", то какая-то другая теория должна успешно объединить две физики, описывающие одну и ту же Вселенную разными языками (иллюстрация Wojciech Zurek).
Получается картинка наподобие ленты Мёбиуса или поедающего свой хвост змея Уробороса, который, по представлениям древних (возможно, не таким уж наивным), обвивает мир.
Гипотеза гравитационной космической ряби вполне жизнеспособна и уж точно более проста для понимания, чем теория суперструн, считающаяся сейчас главным кандидатом на роль "теории всего". Подтвердится ли она экспериментально – покажет лишь генерируемое космической рябью время.
• Обсуждение • Распечатать • Отправить ссылку • На обложку
УЧЕНЫЕ ЗАФИКСИРОВАЛИ ПРОЯВЛЕНИЕ НОВЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
На главную страницу
Новым ключом к разгадке тайны природы о том, почему вещество во Вселенной преобладает над антивеществом, стал результат, в получении которого важную роль сыграли российские учёные. В ходе проведённого 24 ноября 2009 года эксперимента Т2К (Tokai-to-Kamioka) были обнаружены первые мюонные нейтрино из нового нейтринного пучка, созданного на сильноточном ускорителе протонов J-PARC в Токай, Япония.
Сложный комплекс крупногабаритных детекторов, расположенный на расстоянии 280 метров от мишени, зарегистрировал первые 3 нейтринных события - в полном соответствии с предсказаниями, учитывающими параметры пучка и свойства детекторов.
О том, что это означает, рассказал директор Института ядерных исследований РАН, академик-секретарь Отделения физических наук РАН Виктор Матвеев: "Как показали недавние исследования, нейтрино обладают странным свойством, называемым нейтринными осцилляциями. Оно заключается в том, что три вида этих частиц - электронное, мюонное и тау-нейтрино - переходят друг в друга в процессе распространения в пространстве. А это противоречит стандартной модели элементарных частиц и не укладывается в рамки современной теории. Ведь такое явление возможно только в том случае, если нейтрино обладают массой, что имеющейся теории и противоречит. Иными словами, обнаружено однозначное проявление новых физических явлений".
Этот, казалось бы, далёкий от повседневной жизни научный результат на самом деле будет играть значительную роль в развитии новых технологий, отмечает директор ИЯИ РАН. "В первую очередь, это производство и первое применение в большом количестве лавинных микропиксельных фотодиодов, приоритет в разработке которых принадлежит российским ученым, а также разработка и изготовление детекторов ионизирующих излучений нового типа", - говорит Виктор Матвеев. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
На главную страницу
Новым ключом к разгадке тайны природы о том, почему вещество во Вселенной преобладает над антивеществом, стал результат, в получении которого важную роль сыграли российские учёные. В ходе проведённого 24 ноября 2009 года эксперимента Т2К (Tokai-to-Kamioka) были обнаружены первые мюонные нейтрино из нового нейтринного пучка, созданного на сильноточном ускорителе протонов J-PARC в Токай, Япония.
Сложный комплекс крупногабаритных детекторов, расположенный на расстоянии 280 метров от мишени, зарегистрировал первые 3 нейтринных события - в полном соответствии с предсказаниями, учитывающими параметры пучка и свойства детекторов.
О том, что это означает, рассказал директор Института ядерных исследований РАН, академик-секретарь Отделения физических наук РАН Виктор Матвеев: "Как показали недавние исследования, нейтрино обладают странным свойством, называемым нейтринными осцилляциями. Оно заключается в том, что три вида этих частиц - электронное, мюонное и тау-нейтрино - переходят друг в друга в процессе распространения в пространстве. А это противоречит стандартной модели элементарных частиц и не укладывается в рамки современной теории. Ведь такое явление возможно только в том случае, если нейтрино обладают массой, что имеющейся теории и противоречит. Иными словами, обнаружено однозначное проявление новых физических явлений".
Этот, казалось бы, далёкий от повседневной жизни научный результат на самом деле будет играть значительную роль в развитии новых технологий, отмечает директор ИЯИ РАН. "В первую очередь, это производство и первое применение в большом количестве лавинных микропиксельных фотодиодов, приоритет в разработке которых принадлежит российским ученым, а также разработка и изготовление детекторов ионизирующих излучений нового типа", - говорит Виктор Матвеев. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
Вскрыта фундаментальная асимметрия материи и антиматерии
19 мая 2010
Отклонение в поведении материи и антиматерии чётко прослеживается в результатах эксперимента. Оси – параметр асимметрии (иллюстрация DZero collaboration).
Наблюдаемое колоссальное различие в количестве материи и антиматерии во Вселенной действительно проистекает из глубинных свойств субатомных частиц. Это удалось на опыте показать международной группе физиков, работающей в лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory).
В рамках эксперимента DZero, вовлёкшего около 500 учёных из 19 стран, исследователи наблюдали за столкновениями протонов и антипротонов в ускорителе Tevatron. В результате соударений рождались новые частицы, в частности интересующие физиков высокоэнергетические B-мезоны, которые тут же сами распадались на мюоны и антимюоны.
Восемь лет работы ускорителя и анализ 100 триллионов столкновений принесли сенсационный результат: имеется один процент разницы в рождении пар антимюонов и пар мюонов. Используя новые методы анализа и опираясь на высокую точность детектора, авторы исследования показали: вероятность того, что нарушение симметрии объясняется каким-то известным эффектом, составляет менее 0,1%.
Вычисления коллаборации DZero основаны на распределении мюонов с положительным и отрицательным зарядом. Мощное магнитное поле внутри детектора заставляет эти частицы двигаться по разным траекториям. Для исключения влияния самого инструмента учёные провели два аналогичных набора опытов с противоположной полярностью поля внутри установки и сравнили данные в обоих случаях (иллюстрация Fermilab).
Если бы симметрия материи-антиматерии была совершенна, "зеркальными" были бы и результаты распада огромного числа B-мезонов. Однако многократно проверенные данные (с использованием слепого метода, чтобы исключить влияние предвзятости экспериментаторов) показали — симметрия действительно нарушена.
"У многих из нас побежали мурашки по коже, когда мы увидели результат, — говорит один из участников работы Штефан Солднер-Ремболд (Stefan Soldner-Rembold). — Мы знали, что мы видим что-то сверх того, что видели раньше, и сверх того, что нынешние теории могли бы объяснить".
Данная работа — не первая, в которой физики наблюдают асимметрию при распаде частиц (вот лишь один пример), но, согласно пресс-релизу лаборатории, перед нами совершенно новый тип нарушения CP-инвариантности, не укладывающийся в Стандартную модель. Зато не исключено, наконец-то учёные выяснят — почему Вселенная заполнена веществом. Статья, рассказывающая об эксперименте и выводах DZero, будет опубликована в Physical Review D.
19 мая 2010
Отклонение в поведении материи и антиматерии чётко прослеживается в результатах эксперимента. Оси – параметр асимметрии (иллюстрация DZero collaboration).
Наблюдаемое колоссальное различие в количестве материи и антиматерии во Вселенной действительно проистекает из глубинных свойств субатомных частиц. Это удалось на опыте показать международной группе физиков, работающей в лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory).
В рамках эксперимента DZero, вовлёкшего около 500 учёных из 19 стран, исследователи наблюдали за столкновениями протонов и антипротонов в ускорителе Tevatron. В результате соударений рождались новые частицы, в частности интересующие физиков высокоэнергетические B-мезоны, которые тут же сами распадались на мюоны и антимюоны.
Восемь лет работы ускорителя и анализ 100 триллионов столкновений принесли сенсационный результат: имеется один процент разницы в рождении пар антимюонов и пар мюонов. Используя новые методы анализа и опираясь на высокую точность детектора, авторы исследования показали: вероятность того, что нарушение симметрии объясняется каким-то известным эффектом, составляет менее 0,1%.
Вычисления коллаборации DZero основаны на распределении мюонов с положительным и отрицательным зарядом. Мощное магнитное поле внутри детектора заставляет эти частицы двигаться по разным траекториям. Для исключения влияния самого инструмента учёные провели два аналогичных набора опытов с противоположной полярностью поля внутри установки и сравнили данные в обоих случаях (иллюстрация Fermilab).
Если бы симметрия материи-антиматерии была совершенна, "зеркальными" были бы и результаты распада огромного числа B-мезонов. Однако многократно проверенные данные (с использованием слепого метода, чтобы исключить влияние предвзятости экспериментаторов) показали — симметрия действительно нарушена.
"У многих из нас побежали мурашки по коже, когда мы увидели результат, — говорит один из участников работы Штефан Солднер-Ремболд (Stefan Soldner-Rembold). — Мы знали, что мы видим что-то сверх того, что видели раньше, и сверх того, что нынешние теории могли бы объяснить".
Данная работа — не первая, в которой физики наблюдают асимметрию при распаде частиц (вот лишь один пример), но, согласно пресс-релизу лаборатории, перед нами совершенно новый тип нарушения CP-инвариантности, не укладывающийся в Стандартную модель. Зато не исключено, наконец-то учёные выяснят — почему Вселенная заполнена веществом. Статья, рассказывающая об эксперименте и выводах DZero, будет опубликована в Physical Review D.
Квантовая машина времени разрешает парадокс убийства дедушки
22 июля 2010
membrana
• Обсуждение
• Отправить • Распечатать
• в Избранное
Что бы ни происходило с положительным главным героем стандартного боевика, мы заранее знаем — он выживет. Закон жанра. Теперь учёные обосновали аналогичный закон природы для перемещений во времени. Если гипотеза верна, путешественнику никогда не удастся убить своего дедушку в прошлом: что-нибудь обязательно отклонит пулю, нож или кирпич в последний момент.
Любопытную картину нарисовали специалист по квантовым вычислениям Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического института (MIT) и его коллеги из США, Италии и Японии.
Возможность построения машины времени они вывели, исследуя с точки зрения квантовой механики (КМ) замкнутые времениподобные кривые (closed timelike curve — CTC). Это такие мировые линии, что приводят материальную частицу в исходную точку.
В определённых условиях CTC могут служить отражением путешествий во времени. Правда, авторы рассматривали такие "вояжи" применительно не к макроскопическим телам, а только лишь к квантовым частицам, но принципиально это ничего не меняет. Поупражнявшись на частицах, можно перенести рассуждения на путешествия во времени вообще.
Самая последняя версия киношной машины времени – комедия Hot Tub Time Machine (2010 год). Как ясно из названия, "аппарат" для перемещения представляет собой горячую ванну. Везёт сценаристам, можно придумывать что угодно. Учёным же приходится "сочинять" с оглядкой на известные законы природы (кадр с сайта imdb.com).
Для корректной работы своей машины времени Ллойд решил задействовать одну из "магических" сторон КМ — "постселекцию" или "последующий выбор" (postselection).
В теории вероятности "последующий выбор" — это инструмент воздействия на вероятностное пространство. Он определяет вероятность одного события при условии, что другое уже произошло.
В квантовых вычислениях, в которых, как и во всей квантовой механике, теория вероятности играет не последнюю роль, термин postselection означает автоматический выбор правильного решения из великого множества возможных.
"Мы надеемся, что теория P-CTC окажется полезной при разработке теории квантовой гравитации", – пишут Ллойд и его коллеги. Кстати, в своей книге "Программирование Вселенной" (Programming the Universe) Сет Ллойд рассматривал саму Вселенную как большой квантовый компьютер и обосновывал предположение, что на квантовом компьютере, теоретически, можно было бы эмулировать полную модель всей Вселенной, тем самым поняв её до конца (фото с сайта edge.org).
Пока никто с полной уверенностью не может сказать, как достичь таких расчётов на практике, но КМ вроде бы данный эффект не запрещает, что вселяет оптимизм в разработчиков квантовых компьютеров. Однако этот вывод ещё зависит от тонкостей в интерпретации самой КМ, но так мы уйдём далеко в сторону.
Скрестив принцип постселекции с CTC, теоретики получили постселективные замкнутые времениподобные кривые (P-CTC), обладающие рядом интересных свойств.
Следующим шагом было сплавление P-CTC с принципом квантовой телепортации — и вот готова машина времени по Ллойду.
Принцип "послевыбора" приводит в ней к интересному эффекту: квантово телепортироваться может только та частица, перемещение которой не приведёт к противоречиям в "потоке истории"
(Объясняющие этот принцип операции над квантовыми состояниями Ллойд со товарищи скрупулёзно расписали в статье на arXiv.org.)
Принципиальное отличие обычной квантовой телепортации (a) и постселективной телепортации (b). В первом случае дело обстоит так. Алиса и Боб начинают опыт с разделения между собой запутанной пары частиц (условно M и V, соединены дугой в виде большой буквы U). У них, заметим, нет индивидуального квантового состояния – оно одно на двоих (состояние Белла). Далее Алиса выполняет измерения над двумя частицами, одна из которых – половина от разделённой ранее пары, а вторая, с неизвестным квантовым состоянием |ψ>, это та, которую необходимо телепортировать. Алиса передаёт результат измерения Бобу (пунктирная стрелка), который проводит над своей частицей ряд преобразований в соответствии с законами КМ и получает из неё частицу с состоянием |ψ>.
Постселективная квантовая телепортация подразумевает, что половина состояния Белла U вместе с |ψ> образуют новое состояние Белла, отражённое дугой в виде большой n. Это приводит к необходимости того, что вторая половина U – фактически есть исходное состояние |ψ>, но находящееся в точке времени, в которой оно, |ψ>, ещё не было достигнуто (не было доступно). Фактически это означает квантовую телепортацию |ψ> в прошлое. t обозначает стрелу времени. Вертикальные линии от U и n в интерпретации авторов схемы это ещё и своего рода отражения мировых линий систем (или частиц), часть из которых попадает в петлю CTC, а часть избегает её (иллюстрация Seth Lloyd et al.).
"Квантовые путешествия во времени могут иметь место даже в отсутствие классического пути из будущего в прошлое, — говорят авторы новой работы. — Так как теория P-CTC опирается на постселекцию, она обеспечивает самосогласованное разрешение парадоксов: всё, что происходит в P-CTC, также может произойти и в обычной квантовой механике с некоторой конечной вероятностью".
Иными словами, всё, что может случиться после запуска машины времени, — могло бы произойти и без неё. Или наоборот — после запуска машины не может случиться ничего, что привело бы к парадоксу.
Скажем, если вы отправились в прошлое, чтобы убить дедушку, тем самым вы вычеркнете собственное последующее рождение, а значит, и своё это путешествие в прошлое, а следовательно, и убийство дедушки, и потому всё же родитесь, чтобы отправиться в прошлое... Это и есть парадокс.
Согласно же Ллойду сама природа позаботится о цензуре парадоксов. Так что, если вы всё же построите машину времени и полетите на ней в прошлое с коварным замыслом, то кýпите в магазине бракованный револьвер, а если не бракованный, то дефектный патрон, а если не дефектный, то опоздаете на нужный поезд, а если нет, то промахнётесь, а если прицелитесь точно — с крыши упадёт камень и собьёт пулю с траектории. И так далее до бесконечности. В общем, дедушку вы не убьёте, для вас он будет "супергерой в классическом голливудском боевике".
Это предположение о "самообороне" Вселенной от парадоксов Ллойд и его команда проверили в опытах с группой фотонов. Они не отправляли их в прошлое, но, комбинируя квантовые состояния, приближали их к ситуации, которая была бы для частиц идентична парадоксу с убийством дедушки.
Оказалось, что чем ближе к парадоксальному состоянию физики подводили всю систему частиц, тем реже удавался этот опыт. Это привело учёных к выводу, что путешествия во времени могли бы иметь сходный естественный "предохранитель".
Ещё одним привлекательным моментом новой "машины" является то, что для её работы нет необходимости привлекать червоточины, недра чёрных дыр, экзотическую материю и отрицательную энергию. "Вполне возможно, что частицы и, в принципе, человек могут перемещаться по туннелю из будущего в прошлое", — оптимистично заключают исследователи.
• Обсуждение • Распечатать • Отправить ссылку • На обложку
22 июля 2010
membrana
• Обсуждение
• Отправить • Распечатать
• в Избранное
Что бы ни происходило с положительным главным героем стандартного боевика, мы заранее знаем — он выживет. Закон жанра. Теперь учёные обосновали аналогичный закон природы для перемещений во времени. Если гипотеза верна, путешественнику никогда не удастся убить своего дедушку в прошлом: что-нибудь обязательно отклонит пулю, нож или кирпич в последний момент.
Любопытную картину нарисовали специалист по квантовым вычислениям Сет Ллойд (Seth Lloyd) из Массачусетского технологического института (MIT) и его коллеги из США, Италии и Японии.
Возможность построения машины времени они вывели, исследуя с точки зрения квантовой механики (КМ) замкнутые времениподобные кривые (closed timelike curve — CTC). Это такие мировые линии, что приводят материальную частицу в исходную точку.
В определённых условиях CTC могут служить отражением путешествий во времени. Правда, авторы рассматривали такие "вояжи" применительно не к макроскопическим телам, а только лишь к квантовым частицам, но принципиально это ничего не меняет. Поупражнявшись на частицах, можно перенести рассуждения на путешествия во времени вообще.
Самая последняя версия киношной машины времени – комедия Hot Tub Time Machine (2010 год). Как ясно из названия, "аппарат" для перемещения представляет собой горячую ванну. Везёт сценаристам, можно придумывать что угодно. Учёным же приходится "сочинять" с оглядкой на известные законы природы (кадр с сайта imdb.com).
Для корректной работы своей машины времени Ллойд решил задействовать одну из "магических" сторон КМ — "постселекцию" или "последующий выбор" (postselection).
В теории вероятности "последующий выбор" — это инструмент воздействия на вероятностное пространство. Он определяет вероятность одного события при условии, что другое уже произошло.
В квантовых вычислениях, в которых, как и во всей квантовой механике, теория вероятности играет не последнюю роль, термин postselection означает автоматический выбор правильного решения из великого множества возможных.
"Мы надеемся, что теория P-CTC окажется полезной при разработке теории квантовой гравитации", – пишут Ллойд и его коллеги. Кстати, в своей книге "Программирование Вселенной" (Programming the Universe) Сет Ллойд рассматривал саму Вселенную как большой квантовый компьютер и обосновывал предположение, что на квантовом компьютере, теоретически, можно было бы эмулировать полную модель всей Вселенной, тем самым поняв её до конца (фото с сайта edge.org).
Пока никто с полной уверенностью не может сказать, как достичь таких расчётов на практике, но КМ вроде бы данный эффект не запрещает, что вселяет оптимизм в разработчиков квантовых компьютеров. Однако этот вывод ещё зависит от тонкостей в интерпретации самой КМ, но так мы уйдём далеко в сторону.
Скрестив принцип постселекции с CTC, теоретики получили постселективные замкнутые времениподобные кривые (P-CTC), обладающие рядом интересных свойств.
Следующим шагом было сплавление P-CTC с принципом квантовой телепортации — и вот готова машина времени по Ллойду.
Принцип "послевыбора" приводит в ней к интересному эффекту: квантово телепортироваться может только та частица, перемещение которой не приведёт к противоречиям в "потоке истории"
(Объясняющие этот принцип операции над квантовыми состояниями Ллойд со товарищи скрупулёзно расписали в статье на arXiv.org.)
Принципиальное отличие обычной квантовой телепортации (a) и постселективной телепортации (b). В первом случае дело обстоит так. Алиса и Боб начинают опыт с разделения между собой запутанной пары частиц (условно M и V, соединены дугой в виде большой буквы U). У них, заметим, нет индивидуального квантового состояния – оно одно на двоих (состояние Белла). Далее Алиса выполняет измерения над двумя частицами, одна из которых – половина от разделённой ранее пары, а вторая, с неизвестным квантовым состоянием |ψ>, это та, которую необходимо телепортировать. Алиса передаёт результат измерения Бобу (пунктирная стрелка), который проводит над своей частицей ряд преобразований в соответствии с законами КМ и получает из неё частицу с состоянием |ψ>.
Постселективная квантовая телепортация подразумевает, что половина состояния Белла U вместе с |ψ> образуют новое состояние Белла, отражённое дугой в виде большой n. Это приводит к необходимости того, что вторая половина U – фактически есть исходное состояние |ψ>, но находящееся в точке времени, в которой оно, |ψ>, ещё не было достигнуто (не было доступно). Фактически это означает квантовую телепортацию |ψ> в прошлое. t обозначает стрелу времени. Вертикальные линии от U и n в интерпретации авторов схемы это ещё и своего рода отражения мировых линий систем (или частиц), часть из которых попадает в петлю CTC, а часть избегает её (иллюстрация Seth Lloyd et al.).
"Квантовые путешествия во времени могут иметь место даже в отсутствие классического пути из будущего в прошлое, — говорят авторы новой работы. — Так как теория P-CTC опирается на постселекцию, она обеспечивает самосогласованное разрешение парадоксов: всё, что происходит в P-CTC, также может произойти и в обычной квантовой механике с некоторой конечной вероятностью".
Иными словами, всё, что может случиться после запуска машины времени, — могло бы произойти и без неё. Или наоборот — после запуска машины не может случиться ничего, что привело бы к парадоксу.
Скажем, если вы отправились в прошлое, чтобы убить дедушку, тем самым вы вычеркнете собственное последующее рождение, а значит, и своё это путешествие в прошлое, а следовательно, и убийство дедушки, и потому всё же родитесь, чтобы отправиться в прошлое... Это и есть парадокс.
Согласно же Ллойду сама природа позаботится о цензуре парадоксов. Так что, если вы всё же построите машину времени и полетите на ней в прошлое с коварным замыслом, то кýпите в магазине бракованный револьвер, а если не бракованный, то дефектный патрон, а если не дефектный, то опоздаете на нужный поезд, а если нет, то промахнётесь, а если прицелитесь точно — с крыши упадёт камень и собьёт пулю с траектории. И так далее до бесконечности. В общем, дедушку вы не убьёте, для вас он будет "супергерой в классическом голливудском боевике".
Это предположение о "самообороне" Вселенной от парадоксов Ллойд и его команда проверили в опытах с группой фотонов. Они не отправляли их в прошлое, но, комбинируя квантовые состояния, приближали их к ситуации, которая была бы для частиц идентична парадоксу с убийством дедушки.
Оказалось, что чем ближе к парадоксальному состоянию физики подводили всю систему частиц, тем реже удавался этот опыт. Это привело учёных к выводу, что путешествия во времени могли бы иметь сходный естественный "предохранитель".
Ещё одним привлекательным моментом новой "машины" является то, что для её работы нет необходимости привлекать червоточины, недра чёрных дыр, экзотическую материю и отрицательную энергию. "Вполне возможно, что частицы и, в принципе, человек могут перемещаться по туннелю из будущего в прошлое", — оптимистично заключают исследователи.
• Обсуждение • Распечатать • Отправить ссылку • На обложку
Подписаться на:
Сообщения (Atom)