Квантовая физика машина времени

Шесть теорий путешествий во времени, которые могут сработать

Концепция машины времени вызывает в воображении образы неправдоподобного устройства, которое слишком часто используется в сюжетах научно-фантастических. Однако согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет работу гравитации во Вселенной, путешествия во времени — это не только плод воображения. И если в фильмах путешествие во времени — это сюжетный поворот, то как насчет реальности?

Путешествие вперед во времени, согласно теории Эйнштейна, абсолютно возможно. По сути, физикам удалось отправить крошечные частицы под названием мюоны, очень похожие на электроны, вперед во времени, манипулируя гравитацией вокруг них. Это не означает, что технология для отправки людей вперед в будущее станет возможной в ближайшие 100 лет, но все же.

1. Червоточины

Астрофизик Эрик Дэвис из Международного института перспективных исследований EarthTech в Остине считает, что это возможно. Все, что вам нужно — это кротовая нора или червоточина, теоретический проход сквозь ткань пространства-времени, предсказанный в рамках теории относительности.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Червоточины пока не были доказаны, и если их когда-нибудь и найдут, они будут настолько малы, что в них не поместится даже человек, не говоря о космическом корабле. При всем этом Дэвис полагает, что червоточины вполне можно использовать для перемещения обратно в прошлое.

Как общая теория относительности, так и квантовая теория предлагают несколько возможностей для путешествия — например, «закрытую времяподобную кривую» или путь, который сокращает пространство-время, то есть машину времени.

Дэвис утверждает, что современное научное понимание законов физики «кишит машинами времени, то есть многочисленными решениями геометрии пространства-времени, которые позволяют путешествовать во времени или обладают свойствами машины времени».

Как вы понимаете, червоточина позволила бы судну, например, пройти из одной точки в другую быстрее скорости света — почти как в варп-пузыре. Все потому, что корабль прибудет в пункт назначения раньше, чем луч света, пройдя по короткому пути сквозь пространство-время. Транспорт, таким образом, не нарушит правило универсального ограничения скорости, которое накладывает свет, поскольку сам корабль не путешествует с такой скоростью.

Такая червоточина может теоретически вести не сквозь пространство, но и сквозь время.

«Машины времени неизбежны в нашем физическом пространстве-времени», — пишет Дэвис в работе. — «Проходные червоточины включают машины времени».

Тем не менее, добавляет Дэвис, превратить червоточину в машину времени будет нелегко. Понадобятся титанические усилия. Все потому, что как только червоточина будет создана, один или оба ее конца нужно будет ускорить во времени к пункту назначения, что следует из общей теории относительности.

2. Машина времени: цилиндр Типлера

Чтобы использовать машину времени на основе цилиндра Типлера, вам нужно покинуть Землю на космическом корабле и отправиться в космос к цилиндру, который там вращается. Когда вы достаточно приблизитесь к поверхности цилиндра (пространство вокруг него будет по большей части «варпнуто», деформировано), вам нужно будет несколько раз обогнуть его и вернуться на Землю. Вы прибудете в прошлое.

Насколько далеко в прошлое — зависит от того, сколько раз вы обогнете цилиндр по орбите. Даже если вам покажется, что ваше собственное время движется вперед как обычно, пока вы огибаете цилиндр, за пределами искаженного пространства вы неизбежно будете двигаться в прошлое. Это все равно, что вы поднимаетесь по винтовой лестнице и обнаруживаете, что с каждым полным кругом находитесь на одну ступеньку ниже.

3. Пончиковый вакуум

По мнению Амоса Ори из Израильского технологического института в Хайфе, пространство может быть достаточно скручено для создания локального гравитационного поля, которое напоминает пончик определенных размеров. Гравитационное поле образует круги вокруг этого пончика, поэтому пространство и время крепко закручены.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Важно отметить, что такое положение дел сводит на нет необходимость какой-либо гипотетической экзотической материи. Хотя как это будет выглядеть в реальном мире описать довольно трудно. Ори говорит, что математика показала, что через равные промежутки времени внутри пончика в вакууме будет образовываться машина времени.

Все, что вам нужно — это попасть туда. В теории можно будет отправиться в любой момент времени с тех пор, как была построена машина времени.

4. Экзотическая материя

В физике экзотическая материя — это материя, которая так или иначе отличается от нормальной и обладает некоторыми «экзотическими» свойствами. Поскольку путешествие во времени считается нефизическим, физики полагают, что так называемые тахионы (гипотетические частицы, для которых скорость света — это состояние покоя) либо не существуют, либо неспособны взаимодействовать с нормальной материей.

Но когда отрицательная энергия или масса — та самая экзотическая материя, или вещество — скручивает пространство-время, становятся возможными все невероятные явления: червоточины, которые могут выступать туннелями, соединяющими удаленные участки вселенной; варп-двигатель, который позволит путешествия быстрее скорости света; машины времени, которые позволят отправиться в прошлое.

5. Космические струны

Космические струны — это гипотетические 1-мерные (пространственно) топологические дефекты в ткани пространства-времени, оставшиеся еще со времен образования вселенной. С их помощью в теории могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать в прошлое. Некоторые ученые предлагают использовать «космические струны» для построения машины времени.

Если подвести две космические струны достаточно близко одна к другой или одну струну к черной дыре, в теории это может создать целый массив «замкнутых времениподобных кривых». Если делать тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

6. Сквозь черную дыру

Черная дыра оказывает невероятное влияние на время, замедляя его так, как ничто другое в галактике. По сути, это природная машина времени. Если бы миссией облета вокруг черной дыры управляло наземное агентство, для них облет орбиты занял бы 16 минут. Но для смелых людей на борту корабля, который находится близко к массивному объекту, время шло бы очень медленно. Куда медленнее, чем на Земле. Время для команды замедлилось бы вдвое. За каждые 16 минут они переживали бы только 8.

Источник

Время на квантовом уровне течет иначе. Но как? И что это означает для физики?

До начала ХХ столетия считалось, что время – есть величина абсолютная. Но после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), стало понятно, что время – понятие более субъективное и имеет отношение к наблюдателю, который его измеряет. И все же, многие продолжали трактовать время так, словно это прямая железнодорожная линия, двигаться по которой можно только вперед или назад. Но что, если эта железнодорожная линия ветвится или вовсе имеет окружные пути, двигаясь по которым поезд возвращается на станцию, которую уже проезжал? Иными словами, можно ли путешествовать в будущее или прошлое? Начиная со знаменитого романа Герберта Уэллса «Машина времени», научные фантасты придаются фантазиям во всю. Но в реальной жизни представить нечто подобное невозможно. Ведь если бы кто-то в будущем изобрел машину времени, неужто он бы не предупредил нас об угрозе пандемии COVID-19 или об ужасных последствиях глобального потепления? Но к нам так никто и не прибыл. Быть может, стоит посмотреть на время под другим углом?

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

Квантовая механика – раздел теоретической физики, описывающий физические явления, действие в которых сравнимо по величине с постоянной Планка.

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания – войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти – и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление – вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Согласно специальной теории относительности (СТО) все физические законы одинаковы для всех свободно двигающихся наблюдателей, независимо от их скорости.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

Немного проясним – данный способ предполагает, что машина времени, в которую вы вошли, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы направляетесь) и затем возвращается назад. Когда путешествие заканчивается, покинув машину времени вы понимаете, что для вас прошло намного меньше времени, чем для всех жителей Земли – вы совершили путешествие в будущее. Но если отныне мы воспринимаем время по-другому, быть может, законы физики подскажут, как путешествовать в прошлое?

Можно ли отправиться в прошлое?

Первый намек на то, что человек может совершать путешествия во времени, появился в 1949 году, когда австрийский математик Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Или новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения ОТО.

Вообще, говоря об уравнениях Эйнштейна, важно понимать, что они удовлетворяют множество разных математических моделей Вселенной. Эти модели различаются, например, начальными или граничными условиями.

И чтобы понять, соответствуют ли они Вселенной, в которой мы живем, мы должны проверить их физические предсказания.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Кстати, если вы давно не пересматривали «Назад в будущее» – самое время)

Гедель, будучи математиком, прославился тем, что доказал – не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения, например, с помощью простой арифметики. Таким образом, подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную.

Принцип неопределенности – принцип, сформулированный Гейзенбергом и утверждающий, что нельзя одновременно точно определить и положение, и скорость частицы; чем точнее мы знаем одно, тем менее точно другое.

Интересно, что пространство-время Геделя имело любопытную особенность: Вселенная в его представлении вращалась как целое. А вот Эйнштейн был очень огорчен тем, что его уравнения допускают подобное решение. Общая теория относительности в его понимании не должна позволять путешествия во времени. Уравнение Геделя, однако, не соответствует Вселенной, в которой мы живем, но его труд позволил миру взглянуть на время (а заодно и на Вселенную) иначе.

Итак, пространство-время, как известно, тесно взаимосвязаны. Это означает, что вопрос о путешествиях во времени переплетается с проблемой перемещения на скоростях, превыщающих 300 000 км/с, то есть скорость света. А когда речь заходит о фотонах, общая теория относительности, увы, уходит на задний план, а ее место занимает квантовая механика.

Подробнее о том, что изучает квантовая механика, а главное как, мы рассказывали в этой статье, рекомендую к прочтению!

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление — вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Второй закон термодинамики – это статистический закон, в среднем верный для макроскопической системы. В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционируют в сторону ситуаций с более низкой энтропией, – пишут авторы научной работы.

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда. Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», – объясняет Рубино.

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики – так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», – отмечают исследователи.

Стрела времени

Чтобы разобраться еще подробнее, отметим, что в ходе нового исследования физики задавались вопросом о последствиях применения описанной выше парадигмы в квантовой области. Согласно принципу квантовой суперпозиции, отдельные единицы (например, свет) могут существовать одновременно в двух состояниях, как в виде волн, так и в виде частиц, проявляясь в том или ином виде в зависимости от того, что именно вы тестируете.

Команда Рубино рассмотрела квантовую суперпозицию с состоянием, которое развивается как назад, так и вперед во времени. Измерения показали, что чаще всего система в конечном итоге движется вперед во времени. Если бы не небольшие изменения энтропии, система действительно могла бы продолжать развиваться как вперед, так и назад во времени.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Так как же эти сложные физические понятия соотносятся с реальным человеческим опытом? Неужели наконец-то пришло время начать собирать вещи для путешествия назад во времени? Увы.

«Мы, люди, являемся макроскопическими системами. Мы не можем воспринимать эти квантовые суперпозиции временных эволюций», – говорит Рубино. Для нас время действительно движется вперед. Возможно, это тот случай, когда мир немного не определился.

И действительно – на самом фундаментальном уровне мир состоит из квантовых систем (которые могут двигаться вперед и назад). Более глубокое понимание того, как описать течение времени на уровне этих элементарных составляющих, могло бы позволить физикам сформулировать более точные теории для их описания и, в конечном счете, получить более глубокое понимание физических явлений мира, в котором мы живем.

Еще больше интересных статей обо всем на свете, а также о путешествиях во времени и Мультивселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Даже у одной частицы есть свои собственные, уникальные микросостояния. Подила считает, что в нашем стремлении понять время мы ставим уравнения выше физической реальности — и упускаем главное.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) – это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

Время стало четвертым элементом четырехмерного вектора, описывающего пространство и время, — говорит Рубино. Это единая, динамичная сущность, над которой мы все еще ломаем голову.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль».

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления — исчезает грань между причиной и следствием.

Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature. Кстати, как вы думаете, можно ли путешествовать во времени и что новое исследование говорит нам о Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Современные видеоигры населены персонажами, реалистично взаимодействующими с игроком, а симуляторы виртуальной реальности порой делают ее неотличимой от мира за окном. Так может ли наш мир на самом деле быть не более чем высокотехнологичной компьютерной симуляцией?

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

На уровне атомов наша Вселенная устроена мягко говоря сложно. Тем не менее недавно международная команда физиков обнаружила предел скорости в квантовом мире 💻

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Физики хотят найти единую теорию, которая описывает всю Вселенную, но для этого им придется решить сложнейшие проблемы в науке. Недавно вышедший фильм «Теори…

Источник

От телепортации до путешествий во времени: все, что нужно знать о квантовой механике

О теории струн, квантовой запутанности, телепортации и многом другом.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Что такое квантовая механика? Скажем так: это основная причина смерти кошек, но не главная причина их смерти. Если в вашу голову приходит (неуместная) шутка вроде этой, то вам точно нужно ознакомиться со списком фактов ниже.

Квантовая механика охватывает впечатляющий набор физических законов и теорий, которые исследуют такие вопросы, как состав Вселенной и возможность путешествий во времени, а также все, что между ними. И все, что внутри. И вокруг. И даже то, что мы не видим. О чем мы знаем и о чем не знаем.

Хорошая новость состоит в том, что в этом мы не одиноки. Еще никому не удалось раскрыть все тайны Вселенной. Поэтому мы предлагаем вам отправиться в путешествие через пространство-время, чтобы узнать несколько фактов из квантовой механики.

Давайте начнем с начала (или с конца, в зависимости от вашей точки зрения)

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Что же такое квантовая механика? Прежде всего это раздел физики, который попадает под изучение всего, что связано с нашим естественным миром, включая пространство, время и материю.

Квантовая механика конкретно занимается физикой элементарных частиц, стремясь понять движение и взаимодействие между строительными блоками, составляющими нашу Вселенную. Квантовую механику порой называют «наукой о малом» – в противоположность общей теории относительности, известной как «наука о большом».

Что еще стоит знать о квантовой механике, так это то, что она включает в себя некоторые странные концепции – квантовую суперпозицию (или пребывание в более чем одном месте одновременно), теорию струн, множественность вселенных («мультивселенная»), дополнительные измерения и целую галактику других теорий, которые могут вызвать экзистенциальный кризис вокруг того, что реально, и что все это значит.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Опыт Томаса Юнга поражает воображение с 1801 года

Невозможно говорить о квантовой механике, не обсуждая двухщелевого опыта Юнга. Эксперимент можно легко воссоздать самостоятельно: просто сделайте две прорези на листе бумаги, посветите через них фонариком и понаблюдайте за созданными линейными узорами. Вы спросите: «И что я должен понять?».

Видео выше объясняет закономерность лучше тысячи слов. По сути, опыт Юнга показывает, что фотоны света ведут себя и как частица, и как волна. Это свойство получило название «корпускулярно-волновой дуализм».

Это первое наблюдение двойственности частиц произошло задолго до того, как квантовая механика сформировалась как наука, и способствовало появлению первой фотографии света как в его частицах, так и в волновых состояниях.

Кот Шрёдингера

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

После 135 лет, в течение которых ученые пытались понять последствия эксперимента Юнга, австрийский физик Эрвин Шредингер придумал мысленный эксперимент, который еще больше запутал всех и вся. Но все же стал одним из известных строительных блоков теории квантовой суперпозиции.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

1Gai.Ru / wuthrich.net / Gett Images

Конечно, кошек ученый не убивал. Вместо этого Шредингер представил научному сообществу следующую гимнастику для ума: если кот застрял в коробке с радиоактивным веществом (количество которого так мало, что лишь один атом может распасться, а может и не распасться), то лишь при наблюдении (то есть когда вы откроете коробку) вы сможете определить, жив кот или мертв.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

То есть до момента вскрытия коробки верны обе возможности – получается, кот и жив, и мертв одновременно. Представив себе эту причудливую кошачью пытку, Шредингер надеялся понять, когда частицы выходят из состояния квантовой суперпозиции, чтобы стать чем-то конкретным.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Суперпозиция, или «Пребывание в двух местах одновременно»

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Эксперимент Юнга, кот Шредингера и устройство USB-накопителей помогают понять концепцию под названием «квантовая суперпозиция». На высоком уровне квантовая суперпозиция говорит, что предмет может существовать во всех возможных состояниях до момента его наблюдения.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Свет – это и частица, и волна, кот в коробке одновременно жив и мертв, а USB-накопитель одновременно находится в позиции вверх и вниз. Только когда мы что-то видим, это «фиксирует» состояние бытия.

Это заставляет нас без перерыва смотреть сериалы Netflix на компьютере, который экспоненциально мощнее всего, что мы знаем сегодня, благодаря небольшому проекту под названием «квантовые вычисления».

Квантовые вычисления, которые будут сбивать с толку дедушек и бабушек будущего

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Нет, квантовые вычисления не подразумевают использование крошечных компьютеров. Так называется новый подход к вычислительной мощности, в котором используются такие принципы, как квантовая суперпозиция и квантовая запутанность (об этом подробнее позже). Результат?

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Мощный компьютер, размещенный в в Центре квантовых вычислений USC-Lockheed Martin, будет использован для изучения того, как и могут ли квантовые эффекты ускорить решение сложных задач оптимизации, машинного обучения и выборки. (Фото инженерной школы Университета Калифорнии в Витерби, США)

Возможность обрабатывать данные со скоростью, превышающей возможности классических компьютеров, и с бесконечным количеством приложений. Самый продвинутый квантовый компьютер в мире в настоящее время находится в Центре квантовых вычислений USC-Lockheed Martin, и, как и все ранние версии новых компьютеров, он до смешного огромен.

Ешь, молись, разбирайся в квантовой запутанности

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Пожалуй, квантовая запутанность – это самая милая история любви в науке. Это измеримое явление показывает нам, что частицы могут быть связаны друг с другом независимо от физического расстояния. Допустим, есть две связанные частицы: одна – в Антарктиде, а другая – на Гавайях. Если вы измерите частицу на Гавайях, частица в Антарктиде среагирует на измерение.

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени youtube.com

Еще одно свойство квантовой запутанности – это своего рода отображение «притяжения противоположностей», при котором физические свойства (спин, положение и т. д.) связанных частиц всегда будут противоположными. Наконец, измерение одной частицы влияет на другую, и в этот момент все это складывается в долгожданный прорыв в уме каждого – в телепортацию.

Что по телепортации?

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Поправка – квантовой телепортации! Пожалуй, самая желанная сверхспособность – телепортация – реальна. И все это благодаря квантовой запутанности. Как это работает? По сути, вы создаете два запутанных фотона и отправляете один из них на определенное расстояние через определенную среду (скажем, через 102 км оптического волокна).

Благодаря их запутанным состояниям вы можете определить, когда они будут находиться в противоположных состояниях, «фактически «телепортируя» злого близнеца фотона».

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Но не спешите радоваться: если ученым удалось «взломать» оптоволоконную телепортацию информации, закодированной в свете, то пока с телепортацией материи все не так радужно. В ближайшее время вы точно не сможете повторить опыт Майка из фильма «Чарли и шоколадная фабрика», но дайте ученым шанс.

«Чтобы собрать миллион частей вместе, требуется много времени». И миллион – это именно столько, сколько еще предстоит изучить, учитывая научный разрыв между оптоволоконной телепортацией и телепортацией материи.

В поисках единой теории поля

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Квантовая механика – сама по себе достаточно запутанная концепция. Но еще запутаннее ее делает мета-слой парадоксов: наука о вещах малых масштабов не работает вместе с наукой о вещах больших масштабов.

По отдельности обе теории могут многое объяснить, но только не в противопоставлении друг другу (как это происходит сейчас). Стремление к объединению всех теорий (также известное как «единая теория поля», или «теория всего») ставило ученых в тупик на протяжении поколений – справиться с этим не смог даже Эйнштейн.

Теория струн, или «Там, где начинается странное»

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Сперва короткая и странная хронологическая ремарка: до 1960-х годов практически все были согласны с тем, что самые маленькие из самых маленьких строительных блоков, на которые мы до сих пор разделили Вселенную, – субатомные частицы – представляли собой. частицы. Но что такое частица? И почему ее открытие не объяснило такие вещи, как темная материя?

Работа ученого Джеффри Чу побудила его современников мыслить шире, чтобы рассмотреть другие конструкции, выходящие за рамки частицы. Это исследование в итоге переросло в теорию струн (как это обычно преподносится сегодня).

По сути, теория струн предполагает, что все состоит из одномерных вибрирующих объектов. От того, как ведут себя эти струны, зависит все – от силы тяжести до крошек батончика Кит Кат. И все же самый странный вывод заключается в следующем: если теория струн верна, то должны существовать дополнительные измерения. По крайней мере штук 26.

Наконец-то поговорим о параллельных вселенных

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Теперь, когда мы рассмотрели измеримые явления, давайте поговорим о еще не измеримых, но совершенно потрясающих вещах – параллельных вселенных! Теория дочерней вселенной, основанная на вероятностях, а не на определенных фактах, предполагает, что для каждого возможного результата, любого возможного решения создается своя вселенная.

Простыми словами, в другой вселенной Брэд Питт и Анджелина Джоли все еще вместе, а кинолента «Спасти рядового Райана» выиграла «Оскар» в номинации «Лучший фильм».

Только не пугайтесь, если, попав в параллельную вселенную, вы будете завтракать недалеко от вашей собственной могилы.

И о путешествиях во времени

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Кроме того, что путешествия во времени легли в основу одного из самых популярных эпизодов «Звездного пути: Вояджер», они делают нас моложе. Временные перемещения – одно из увлекательных последствий квантовой механики, заставляющее людей говорить что-то вроде: «Я бы переместился в прошлое и убедил бы Гитлера и дальше заниматься искусством #мотивация #никогданесдавайся».

Ученые успешно смоделировали отправку частиц назад во времени, но эта симуляция все еще далека от реальности, а телепортация вещей в будущее по-прежнему остается мутным делом. И это без учета всех парадоксов.

Но в любом случае, возможно, вся наша жизнь – это компьютерная симуляция

Квантовая физика машина времени. Смотреть фото Квантовая физика машина времени. Смотреть картинку Квантовая физика машина времени. Картинка про Квантовая физика машина времени. Фото Квантовая физика машина времени

Теория, которая столь же утешительная в плохой день, как и ужасающая в хороший, – все мы можем просто жить в компьютерной симуляции. Гипотеза моделирования предполагает, что наша реальность – это достижение квантовых вычислений.

К сожалению, Морфеус еще не появился, чтобы рассказать нам об этом, поэтому нам просто придется довериться ученым, которые изучают эту теорию (пока мы слоняемся по клубам и ищем девушек с татуировками белого кролика). А до тех пор лучше держаться подальше от Хьюго Уивинга.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *