Что такое квантовая механика — 4: realcorwin — LiveJournal

Что такое квантовая механика — 1
Что такое квантовая механика — 2
Что такое квантовая механика — 3

Реальные частицы обладают свойством, которое дает нам право называть их совокупность Вселенной. Это определяющее свойство заключается просто в их реальности, то есть во взаимодействии друг с другом и, следовательно, в том, что их можно непосредственно обнаружить с помощью приборов и чувствительных датчиков, созданных из других реальных частиц. Из-за явления интерференции они не отделяются от остальной реальности (то есть, от теневых частиц) полностью. В противном случае мы бы никогда не узнали, что реальность — это нечто большее, чем реальные частицы. Но в хорошем приближении они напоминают Вселенную, которую мы видим вокруг ежедневно, и Вселенную, на которую ссылается классическая (доквантовая) физика.

По тем же причинам мы могли бы назвать совокупность теневых частиц параллельной Вселенной, ибо теневые частицы оказываются под воздействием реальных частиц только через явление интерференции. Но мы можем сделать еще лучше. Оказывается, что теневые частицы разделяются между собой точно так же, как отделяется от них вселенная реальных частиц. Другими словами, они образуют не одну однородную параллельную вселенную, гораздо большую чем реальная, а огромное количество параллельных вселенных, каждая из которых по составу похожа на реальную и подчиняется тем же законам физики, но отличается от других расположением частиц.

Замечание относительно терминологии. Слово «вселенная» традиционно использовали для обозначения «всей физической реальности». В этом смысле может существовать не более одной вселенной. Придерживаясь этого определения, мы могли бы сказать, что то, что мы привыкли называть «вселенной», а именно: вся непосредственно ощутимая материя и энергия вокруг нас, все окружающее нас пространство, — далеко не вся вселенная, а лишь небольшая ее часть. В этом случае нам пришлось бы придумать новое название для этой маленькой реальной части. Но большинство физиков предпочитает продолжать пользоваться словом «вселенная» для обозначения того, что оно всегда обозначало, несмотря на то, что сейчас эта сущность оказывается лишь маленькой частью физической реальности. Для обозначения физической реальности в целом создали неологизм — мультиверс (в противоположность к традиционному «универсум»).

Опыты с интерференцией одной частицы, подобные описанным выше, показывают, что мультиверс существует и содержит множество двойников каждой частицы реальной вселенной. Чтобы прийти к следующему выводу о разделении мультиверса на параллельные вселенные, следует рассмотреть явление интерференции нескольких реальных частиц. Самый простой способ осуществить это — спросить при «мысленном эксперименте», что должно происходить на микроскопическом уровне, когда теневые фотоны встречают светонепроницаемый объект. Безусловно, они останавливаются: мы знаем это, поскольку интерференция прекращается, когда на пути теневых фотонов появляется светонепроницаемая перегородка. Но почему? Что их останавливает? Мы можем исключить прямой ответ, что реальные атомы перегородки поглощают их так же, как поглотили бы реальные фотоны. Одно нам известно: теневые фотоны не взаимодействуют с реальными атомами. Кроме того, мы можем проверить, измерив атомы перегородки (или точнее, заменив перегородку детектором), что они не поглощают энергию и не изменяют свое состояние до тех пор, пока не встретят реальный фотон. Теневые фотоны не оказывают на них никакого влияния.

Другими словами, перегородка одинаково воздействует, как на реальные, так и на теневые фотоны, но эти два вида фотонов воздействуют на нее по-разному. В действительности, насколько нам известно, теневые фотоны вообще не оказывают на нее никакого воздействия. Это и является определяющим свойством теневых фотонов, поскольку, если бы они оказывали реальное воздействие хоть на какой-то материал, то этот материал можно было бы использовать как детектор теневых фотонов, а само явление теней и интерференции не существовало бы в том виде, в каком оно здесь описано.

Следовательно, в месте существования реальной перегородки находится и теневая. Без особых усилий можно сделать вывод, что эта теневая перегородка состоит из теневых атомов, которые, как нам уже известно, должны присутствовать как двойники реальных атомов перегородки. У каждого реального атома существует множество двойников. В действительности, общая плотность теневых атомов даже в слабом тумане более чем достаточна, чтобы остановить танк, что уж говорить об одном фотоне, если бы эти атомы могли воздействовать на него. Поскольку мы обнаружили, что частично светопроницаемые перегородки имеют равную степень светопроницаемости как для реальных, так и для теневых фотонов, значит, не все теневые атомы на пути определенного теневого фотона могут помешать его движению. Каждый теневой фотон встречает перегородку, во многом подобную той, которую встречает его реальный двойник, перегородку, состоящую из крошечного количества существующих теневых атомов.

По той же причине каждый теневой атом в перегородке может взаимодействовать лишь с небольшим количеством других теневых атомов, находящихся около него, и те, с которыми он взаимодействует, образуют перегородку, весьма похожую на реальную. И так далее. Вся материя и все физические процессы имеют такую структуру. Если реальной перегородкой является сетчатка глаза лягушки, значит, должно быть много теневых сетчаток, каждая из которых способна остановить только одного теневого двойника каждого фотона. Каждая теневая сетчатка взаимодействует только с соответствующими теневыми фотонами, с соответствующей теневой лягушкой и т.д. Другими словами, частицы группируются в параллельные вселенные. Они «параллельны» в том смысле, что в пределах каждой вселенной частицы взаимодействуют друг с другом так же, как в реальной вселенной, но воздействие, оказываемое каждой вселенной на остальные, весьма слабое, и проявляется оно через явление интерференции.

Таким образом, мы вывели цепочку умозаключений, которая начинается со странных картин тени и заканчивается параллельными вселенными. На каждом этапе мы обнаруживаем, что поведение наблюдаемых нами объектов можно объяснить только присутствием невидимых объектов и их определенными свойствами. Основная идея заключается в том, что интерференция одной частицы определенно исключает возможность существования только реальной вселенной, которая нас окружает. А факт существования такого явления интерференции неоспорим. Тем не менее, теория существования мультиверса не пользуется особой популярностью у физиков. Почему?

Окончание следует.

«Теневые фотоны» Дойча : Помогите решить / разобраться (Ф)

Можете пояснить, что не так с теневыми фотонами?

Лишняя сущность, которая порождает больше проблем, чем решает. Вроде ангелов, двигающих планеты (которых Дойч в своей книге вполне справедливо критикует).

Но, думаю, надо понимать так, что фотон, летящий по миллиарду различных путей, — это бессмыслица: если мы попытаемся обнаружить этот фотон, то мы не увидим его одновременно в миллиарде разных точек пространства, а только в одной. Точнее, в разных вселенных мы увидим фотон в разных точках, но в каждой вселенной это будет одна точка.

Почему бессмыслица? Когда Вы смотрите на волны на воде и не обнаруживаете у них определённой траектории, это же не бессмыслица? Диссонанс возникает только от того, что «волны вероятности» мы наблюдаем косвенно, а почернение на фотопластинке напрямую. А если мы попытаемся обнаружить фотон, то вся интерференционная картина распадается. Почему так происходит, точка зрения Дойча тоже не даёт ответа.

Мне кажется, что в соответствии с бритвой Оккама многомировая интерпретация — самая простая.
Понятие неопределённости применимо при рассмотрении отдельной вселенной, а не всего мультиверсума. Если рассматривать весь мультиверс как квантовую систему, то там нет неопределённости (унитарная эволюция) за счёт того, что нет одной единой траектории для всего мультиверса.

А бритву Оккама надо применять совместно с наблюдаемостью. Да, унитарная эволюция проще, чем она же, но с проективным постулатом. Вот только без последнего она не описывают наш наблюдаемый мир, не дают экспериментально проверяемых предсказаний. А если рассматривать унитарную эволюцию саму по себе, то проще считать, что имеем описание одной «частицы», а не бесчисленного множества параллельных миров.

Однако главный вопрос: «Почему и в какой вселенной мы окажемся, там где выпал орёл, или где выпала решка?» — многомировая интерпретация оставляет без ответа. Впрочем, и ни на один другой вопрос по существу не отвечает.

Во всех окажемся. По-моему это очевидно.Вы не поняли вопроса. Когда бросаете монету, у Вас всякий раз одновременно выпадают и орёл, и решка? Нет, что-либо одно (случаи «монета встала на ребро», «её сдуло ветром» и т.п. рассматриваем, как отдельные доп. альтернативы). Ведь главный вопрос: какая из альтернатив реализуется, что выпадет? Но теория предсказывает лишь вероятность того или иного исхода (а КМ ещё и утверждает принципиальноую неустранимость случайности). Точка зрения Дойча даёт что-то большее, как-то конструктивным образом уточняет механизм случайности и позволяет описать больший круг явлений, чем КМ? Позволяет за счёт уточнения условий уточнить структуру вероятности, узнать в каждом конкретном случае, что именно выпадет? — Нет. Поэтому, как Вам выше писали:

книга закрывается, и всякая болтовня из головы выкидывается.

Никакой другой новой теории (других уравнений и т. п.), требующей экспериментального подтверждения, там нет.

Собственно на этом можно было бы и закончить дискуссию: нет экспериментальных следствий — нет научной теории. А фантазировать, что там «за кулисами», каждый может как хочет. Уверяю Вас, «теория» мультивселенных из этих фантазий не самая примитивная.

Из того факта, что мы наблюдаем интерференцию частиц следует, что мы живём в мультиверсе

Только в том смысле, что при одних и тех же начальных условиях возможны альтернативные исходы. Во всех остальных смыслах — нет, не следует.

Если других вселенных нет, то квантовая механика неверна.
В этой вселенной мы живём, поэтому и не дискутируем. Аналогично и с планетами и их спутниками (кроме Луны, на которой люди были), особенно экзопланетами: если окажется, что Марс, Венера и др. планеты не существуют, то наши теории неверны.

Похоже, Вы забыли о критериях, на соответствие которым проверяют научные теории, и поставили всё с ног на голову.

Теории проверяют на соответствие их предсказаний эксперименту, а не чьим-то фантазиям. КМ не предсказывает существование каких-либо иных Вселенных в том смысле, в каком существует наша Вселенная, в которой мы живём (и о существовании которой не дискутируем, как Вы любезно изволили согласиться), или в том смысле, в каком существуют планеты. У Вас смешение терминов, которое уже привело к подмене понятий. Вы здесь путаете (1) существование в смысле существования альтернативного исхода (элемента теоретической модели) и (2) существование в смысле существования элемента физической реальности (термин, конечно, изрядно потрёпан в связи с обсуждением известной статьи ЭПР, но всё же воспользуюсь им для краткости). В первом смысле, безусловно, альтернативы конечных состояний существуют, т.е., например, существуют взаимоисключающие возможности подброшенной монете выпасть орлом, решкой, встать на ребро и т.д. Никаких иных доказательств существования этих возможностей, кроме предсказаний нашей теории, нет и не нужно. Про этот смысл термина Вам писали выше другие участники. Во втором смысле утверждается наличие объекта, который может описываться нашей теорией, а может описываться и другими теориями, свойства которого проявляются как минимум в двух принципиально различных явлениях (т. е. объекта, который существует независимо от наших теорий и оказывает влияние на протекание наблюдаемых нами различных физических процессов). Планеты существуют во втором смысле, их свойства и поведение описываются несколькими независимыми теориями.

И судя по Вашим сообщениям, вы приравниваете существование «параллельных вселенных» к существованию планет, считаете, что они существуют в одном и том же смысле, т.е. совершили подмену понятий.

Дэвид Дойч «Структура реальности. Наука параллельных вселенных» — отзыв stupin

С первых же страниц книги автор отправляет читателя в нокаут. На основе мысленного эксперимента с фонариком, дающим разные интерференционные картины при разном количестве щелей, автор выводит существование множества теневых реальностей, каждая из которых не только равновероятна, но и существует на самом деле.

Но нас так просто не возьмёшь. Автор считает фотон только частицей и для объяснения интерференционной картины привлекает виртуальные частицы — «теневые фотоны», с которыми якобы взаимодействует реальный фотон при прохождении через щель. Однако, в Копенгагенской интерпретации квантовой физики не существует чистых частиц, каждая частица ведёт себя и как волна. Планетарная модель строения атома считается современными физиками устаревшей, место электрона-частицы в этой модели теперь занимает электрон-облако. Это облако представляет собой распределение вероятностей нахождения электрона-частицы в пространстве. В квантовом мире пока частица не провзаимодействовала с чем-то, она может находиться где угодно, а узнать, где она находится, можно только провзаимодействовав с ней. По-моему в этом нет никакой нелогичности. Если бы мы узнали о местонахождении до того, как частица провзаимодествовала бы с чем-либо, то это было бы нарушением причинно-следственных связей.

Если воспринимать фотон как только частицу, то потребуется привлечь для объяснения его поведения какие-то виртуальные частицы, «теневые фотоны» из параллельной реальности, но если объяснять фотон и как волну, то его движение через щели происходит без взаимодействия с чем-либо. А раз так, то надо воспринимать это движение, как движение волны и не рассуждать, через какую из щелей пролетел фотон, а рассуждать о том, какова вероятность прохождения фотона через каждую из щелей. По сути фотон интерферирует сам с собой, т.к. при прохождении через щели меняется конфигурация вероятностного распределения фотона в пространстве.

Если уж автору так нравится идея мультивселенных, то с точки зрения Копенгагенской интерпретации можно согласиться с ним, когда речь идёт о множестве вероятных будущих вселенных, потенциально существующих для одной частицы. Но потом частица взаимодействует с чем-либо и из всех вероятных будущих вселенных одной частицы остаётся только одна, которая превращается в реальную, а все остальные вероятные будущие вселенные так навсегда и остаются в прошлом.

Ещё более наглядно это можно представить как бросок игральной кости. Пока кость падает, для этой кости существует 6 равновероятных будущих вселенных. Когда кость упала, то можно увидеть, что реализовалась только одна из этих вселенных, а все остальные вероятности остались в прошлом.

Впоследствии автор не раз возвращается к этому мысленному эксперименту, каждый раз как бы подзуживая «Карфаген должен быть разрушен» — «существует непрерывно увеличивающееся количество вселенных». Насколько я понял, автор настаивает именно на идее мультивселенной (интерпретации Эверетта) только для объяснения квантовых вычислений. Квантовый компьютер, по мнению автора, интерферирует с собственными экземплярами из других вселенных, так что все экземпляры распределяют между собой вычисления, в итоге порождая в разных вселенных все возможные решения задачи пропорционально вероятности решения. Одно из этих решений, которое может быть и единственным, мы и будем наблюдать в своей версии вселенной. Так как Дойч является автором одного из алгоритмов квантовых вычислений, а также имеются первые результаты в области практического создания квантовых компьютеров, можно заключить, что автор хорошо разбирается в теме квантовых вычислений, а стало быть интерпретация Эверетта имеет право на жизнь.

Вообще же книга не только о квантовой физике и мультивселенных. В ней делается попытка нащупать Теорию Всего, но не в том смысле, в котором её понимают физики, подразумевая под Теорией Всего такую теорию, которая свяжет воедино все виды взаимодействий — электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. В качестве кирпичиков для такой (не физической) Теории Всего автор выбрал четыре теории:

1. теорию многомировой интерпретацию квантовой физики, выдвинутую Хью Эвереттом,

2. теорию вычислительных машин Алана Тьюринга,

3. теорию эволюции Дарвина в её современной интерпретации от Ричарда Докинза,

4. теорию познания — эпистемологию, в формулировке Карла Поппера.

На протяжении книги автор берёт эти теории в различных сочетаниях и объясняет, как они взаимосвязаны друг с другом и что из этого следует. Начинать связывать их друг с другом можно в любом порядке. Книга начинается с теории мультивселенной, а мне проще начать с эпистемологии. Курт Гёдель доказал знаменитую теорию о неполноте, которая утверждает, что не существует полного и логически непротиворечивого набора аксиом для того, чтобы логически доказать любое утверждение или опровергнуть его. Для доказательства утверждений, которые нельзя вывести из имеющихся аксиом, человеческий мозг привлекает новые аксиомы. Но человеческий мозг появляется в результате выполнения организмом программы, записанной в генах. Гены формируются в процессе эволюции, впитывая в себя всё больше знаний об устройстве среды, в которой они живут, и оказывая всё более сложное воздействие на формирование прослойки, через которую они взаимодействуют с этой средой — на тела организмов. Таким образом, организм является физической реализацией машины Тьюринга, которая познаёт окружающий мир. Новые аксиомы эта физическая машина извлекает из физической реальности. Учёный, являющийся машиной Тьюринга, даже не проводящий экспериментов, всё равно привлекает к процессу познания физическую реальность, поскольку он сам является физическим объектом. Поскольку машина Тьюринга — это физический объект, то о вселенной можно сказать, что она обладает заложенной в неё способностью к самопознанию и нет ничего невозможного в существовании искусственного интеллекта. Поскольку физический объект, являющийся машиной Тьюринга, способен ко всё более полному пониманию окружающего мира, он способен предсказывать поведение этого мира, способен его моделировать. Таким образом возможно создать вычислительную машину, опирающуюся на физические принципы, которая будет моделировать внутри себя другие реальности. Поскольку вселенная состоит из квантов, а каждый квант существует одновременно в бесконечном количестве состояний, вся вселенная тоже одновременно существует в бесконечном количестве состояний. В разных вариантах вселенной произошли все возможные варианты событий.

В качестве иллюстрации существования мультивселенной на макроуровне привлекается знаменитый кот Шредингера. Читая в очередной раз про этого кота, на этот раз я задумался о том, почему происходит распад атома, инициирующего смерть кота. Когда читал книгу «Анти-Дюринг» Фридриха Энгельса, там высказывалось умозаключение о том, что покоящаяся материя не может внезапно перейти в состояние движения. На основе этого опровергается вывод о том, что у вселенной существует начальный момент времени, до которого вселенная находилась в покоящемся состоянии. Если покоящаяся вселенная пришла в движение, значит либо её кто-то привёл в движение, либо она и так уже пребывала в движении. Если считать, что вселенная — это по определению всё сущее, то снаружи неё нет ничего и поэтому привести в движение она могла только сама себя. То есть вселенная всегда пребывала в движении и не существует начального момента времени. Время устремляется в бесконечность не только в будущее, но и в прошлое. Если так думать, то и распад атома не может быть случайным, а скорее всего чем-то провоцируется. Я подумал, что источником такого воздействия могут быть нейтрино, которые взаимодействуют с материей очень редко. И в этом предположении я оказался не одинок. На просторах интернета я нашёл человека, который тоже подумал об этом: Внешний фактор радиоактивного распада. Кстати, Дойч считает, что понятия времени вообще не существует, поэтому у вселенной нет ни начала ни конца, ни прошлого ни будущего, а есть только текущий момент, являющийся суперпозицией всех вероятных вселенных.

Поскольку, как размышляет автор, времени не существует, то путешествия во времени могут существовать, но будут представлять собой перемещения в одну из параллельных вселенных, которые могли бы привести к появлению вселенной, в которой мы сейчас находимся. Если путешественник во времени начинает воздействовать на эту вселенную, то он меняет вероятности возникновения производных вселенных. Таким образом он может оказаться во вселенной, которая соответствует будущему проделанных им изменений. Но это не будет новым будущим той вселенной, из которой путешественник отправился в прошлое. Это будет просто другим вариантом той вселенной. Фактически путешествие в прошлое при этом будет представлять собой перемещение между разными вариантами вселенной.

Это была третья прочитанная мной книга из четырёх книг, рекомендуемых Анатолием Вассерманом для формирования целостной картины мира. Не прочитанной осталась только «Сумма технологии» Станислава Лема.

Источник

Теневые фотоны Дэвида Дойча .

Российские физики провели экспериментальную проверку «теневой томографии»

Группа ученых из Центра квантовых технологий МГУ провела экспериментальную проверку использования «теневой томографии» в модельной квантовой системе переменной размерности, реализуемой с пространственными состояниями фотонов. Идеи теневой томографии могут лечь в основу новых, менее затратных методов тестирования и поиска ошибок, и найти прикладное применение при разработке новых поколений квантовых процессоров.

©Getty images

Статья с результатами эксперимента опубликована в журнале PRX Quantum. Квантовой томографией называют процедуру, которая позволяет ученым извлекать описание квантового состояния из экспериментальных данных. В идеале томография должна предоставлять максимально полное описание, как это задано матрицей плотности. Однако с ростом числа кубитов в системе число требуемых измерений растет экспоненциально, что делает проведение измерений невозможным.

Для решения этой проблемы в 2017 году был предложен альтернативный подход, названный «теневой томографией». Он позволяет извлечь многие (хотя и не все) особенности состояния из ограниченного числа измерений, избегая тем самым так называемого «проклятия размерности» (подробнее с обоснованием метода теневой томографии можно ознакомиться, например, в работе Скотта Ааронсона (Scott Aaronson) Shadow Tomography of Quantum States).

В прошлом году Синь-Юань Хуанг (Hsin-Yuan Huang), Ричард Куенг (Richard Kueng) и Джон Прескилл (John Preskill) предложили новый вариант метода, который значительно упростил реализацию необходимых измерений и сделал теневую томографию доступной с экспериментальной точки зрения (H.-Y. Huang, R. Kueng, and J. Preskill, Predicting many properties of a quantum system from very few measurements). Именно этот метод был экспериментально реализован физиками из ЦКТ МГУ.

Для эксперимента была выбрана квантово-оптическая система. Ученые ЦКТ разработали способ кодирования системы кубитов в пространственную форму светового пучка и смоделировали протокол измерений, необходимый для предсказания различных свойств квантового состояния с использованием классических теней («классической тенью» называется собственно описание квантового состояния с использованием очень небольшого числа измерений этого состояния).

Экспериментальная проверка протокола в реальных условиях неидеальных измерений и инструментальных погрешностей показала, что оценка, полученная из классической тени, является несмещенной и обеспечивает правильные математические ожидания даже тогда, когда количество измерений, используемых для оценки, значительно меньше, чем требуется для полной реконструкции состояния. Таким образом, протокол действительно может быть использован для обработки реальных экспериментальных данных.

«Демонстрация экспериментальной полезности метода теневой томографии является важным шагом на пути к его широкому признанию сообществом в качестве важного способа, — говорит один из авторов статьи, руководитель направления квантовых вычислений Центра квантовых технологий МГУ Станислав Страупе. — Основная идея проста и элегантна, она не требует какой-либо сложной обработки данных, поэтому мы считаем эту технику важным дополнением к инструментарию, используемому в экспериментах в области квантовых технологий. Это становится особенно важным с появлением многокубитных квантовых систем, которые, как правило, постоянно усложняются».

Однако, как отмечают ученые, теневая томография является по своей сути методом ограниченным, так как она оценивает не само состояние, а только некоторые его свойства. В случае системы высокой размерности такой подход может быть методом выбора для экспериментатора, заинтересованного в оценке определенного набора свойств состояния. Но если требуется больше информации о состоянии системы, например, для понимания источников декогеренции в системе, другие методы подходят лучше, если они все еще осуществимы с точки зрения требуемого количества измерений.

Напомним, что в Центре квантовых технологий МГУ ведутся работы по созданию многокубитного квантового симулятора на базе двух платформ — одиночных холодных атомов в оптических ловушках и одиночных фотонов в линейно-оптических сетях. При постоянном увеличении числа используемых кубитов проблема тестирования квантовых регистров встаёт особенно остро. Идеи теневой томографии могут лечь в основу новых, менее затратных методов тестирования и поиска ошибок, и найти прикладное применение при разработке новых поколений квантовых процессоров.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы первыми быть в курсе новостей венчурного рынка и технологий!

2. Тени . Структура реальности

Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания.

Майкл Фарадей. Курс из шести лекций по химической истории свечи[3]

В своих знаменитых научных лекциях в Королевском институте Майкл Фарадей всегда побуждал своих слушателей изучать мир, рассматривая, что происходит при горении свечи. Я заменю свечу электрическим фонариком. Это правомерно, поскольку устройство электрического фонарика во многом основано на открытиях Фарадея.

Я опишу несколько экспериментов, которые демонстрируют явления, лежащие в основе квантовой физики. Такого рода эксперименты со множеством вариантов и уточнений уже многие годы остаются основой существования квантовой оптики. Об их результатах не спорят, однако даже сейчас в некоторые из них трудно поверить. Базовые эксперименты удивительно просты. Они в сущности не требуют ни специализированных научных инструментов, ни больших познаний в математике или физике, потому что они заключаются всего лишь в отбрасывании теней. Обычный электрический фонарик может производить весьма странные картины света и тени. Если о них как следует подумать, обнаруживаются исключительной важности следствия. Чтобы объяснить их, нужны не просто новые физические законы, а новый уровень описания и объяснения, выходящий за пределы того, что раньше считали сферой науки. Прежде всего, эти картины открывают существование параллельных вселенных. Как это возможно? Какая мыслимая картина теней может повлечь за собой подобные выводы?

Представьте себе, что в тёмной комнате, где нет других источников света, включили электрический фонарик. Нить накала лампочки испускает свет, который расширяется, образуя конус. Чтобы не усложнять эксперимент отражённым светом, стены комнаты должны быть матово-чёрными, полностью поглощающими свет. Или, поскольку мы проводим эти эксперименты только в своём воображении, можно представить себе комнату астрономических размеров, чтобы свет не успевал достичь стен и вернуться до завершения эксперимента. Рис. 2.1 иллюстрирует данный опыт. Но этот рисунок кое в чём не соответствует действительности: если бы мы смотрели на фонарик со стороны, то не увидели бы ни его самого, ни испускаемого им света. Невидимость — одно из наиболее понятных свойств света. Мы видим свет лишь тогда, когда он попадает в наши глаза (хотя мы обычно говорим о том, что видим объект, находящийся на линии нашего зрения, который последним повлиял на этот свет).

Мы не можем увидеть свет, который просто проходит мимо. Если бы в луче оказался отражающий объект или даже пыль или капельки воды, чтобы рассеять свет, мы увидели бы, где он проходил. Но поскольку в луче ничего нет и мы смотрим на него извне, никакая часть его света нас не достигает. Точным представлением того, что мы должны увидеть, была бы абсолютно чёрная картинка. Если бы там был второй источник света, мы могли бы увидеть фонарик, но опять же не его свет. Лучи света, даже самого интенсивного света, который мы можем получить (с помощью лазеров), проходят друг сквозь друга, как если бы на их пути вовсе ничего не было.

На рис. 2.1 видно, что около фонарика свет наиболее яркий, а по мере удаления от него свет тускнеет, так как луч расширяется, чтобы осветить всё бо?льшую площадь. Наблюдателю, находящемуся внутри луча и удаляющемуся от фонарика спиной вперёд, рефлектор будет казаться всё меньше, а затем, когда он станет выглядеть точкой — всё слабее. Но нет ли тут подвоха? Действительно ли свет способен распространяться беспредельно всё более и более тонкими лучами? Ответ: нет. На расстоянии примерно 10 000 км свет фонарика станет слишком слабым, чтобы человеческий глаз мог его различить, и наблюдатель ничего не увидит. То есть человек не увидит ничего; а животное с более чувствительным зрением? Глаз лягушки в несколько раз чувствительнее человеческого: этого как раз достаточно, чтобы эксперимент принёс существенно иной результат. Если наблюдателем будет лягушка и она будет удаляться от электрического фонарика, момент, когда она полностью потеряет его из вида, никогда не наступит. Вместо этого лягушка увидит, что фонарик начал мигать. Вспышки будут видны через неравные промежутки времени, которые будут увеличиваться по мере удаления лягушки от фонарика. А вот яркость каждой отдельной вспышки не будет меньше. На расстоянии 100 млн км от фонарика лягушка будет видеть в среднем только одну вспышку света в день, но эта вспышка будет столь же яркой, как и наблюдаемая с любого другого расстояния.

К сожалению, лягушки не могут рассказать нам, что они видят. Поэтому при проведении реальных экспериментов мы используем фотоумножители (датчики света, чувствительность которых превышает чувствительность глаз лягушки), а вместо того, чтобы смотреть с расстояния в 100 млн км, ослабляем свет, пропуская его через тёмные фильтры. Однако принцип остаётся тем же самым, как и результат: не полная темнота и не однородный тусклый свет, а мигание, причём вспышки — одинаково яркие, независимо от того, насколько тёмный фильтр мы используем. Это мерцание показывает, что существует предел равномерного «растягивания» света. Пользуясь терминологией ювелиров, можно сказать, что свет не является бесконечно «ковким». Подобно золоту, небольшое количество света можно равномерно распределить по очень большой площади, но в конечном итоге, если попытаться растянуть его ещё сильнее, он станет комковатым. Даже если можно как-нибудь предотвратить группирование атомов золота в отдельные комки, существует предел, за которым атомы уже нельзя разделить без того, чтобы золото не перестало быть золотом. Поэтому единственный способ сделать золотой лист толщиной в один атом ещё тоньше — расположить атомы дальше друг от друга, чтобы между ними было пустое пространство. Но когда эти атомы окажутся достаточно далеко друг от друга, уже нельзя будет считать, что они образуют сплошной лист. Например, если каждый атом золота будет находиться в среднем на расстоянии нескольких сантиметров от своего ближайшего соседа, можно будет провести рукой через этот «лист», не прикасаясь к золоту вообще.

Точно так же существует минимальный кусочек или «атом» света — фотон. Каждая вспышка, которую видит лягушка, вызвана фотоном, воздействующим на сетчатку её глаза. Когда луч света становится слабее, фотоны сами по себе не ослабевают, но они отдаляются друг от друга, и между ними появляется пустое пространство (рис. 2.2). Очень слабый луч уже неправомерно называть «лучом», поскольку он не является непрерывным. Когда лягушка ничего не видит, это происходит не потому, что свет, попадающий в её глаза, слишком слаб, чтобы воздействовать на сетчатку, а потому, что никакого света в её глаза не попадает.

Это свойство — появляться лишь в виде кусочков дискретных размеров — называется квантованием. Отдельный комочек, например фотон, называется квантом. Квантовая теория получила своё название от этого свойства, которое она приписывает всем измеримым физическим величинам, а не только таким, которые, подобно количеству света или массе золота, квантуются из-за того, что соответствующие сущности на самом деле состоят из частиц, хотя и выглядят непрерывными. Даже для такой величины, как расстояние (например, между двумя атомами), представление о непрерывном диапазоне возможных значений оказывается идеализацией. В физике не существует измеримых непрерывных величин. В квантовой физике появляется множество новых эффектов, и, как мы увидим, квантование среди них является одним из простейших. Однако в некотором смысле оно остаётся ключом ко всем остальным явлениям, поскольку, если всё квантуется, каким образом некая величина изменяет своё значение с одного на другое? Как объект попадает из одного места в другое, если не существует непрерывного диапазона промежуточных положений, где он может находиться по пути? В главе 9 я объясню, как это происходит, но сейчас позвольте мне отложить этот вопрос на некоторое время и вернуться в окрестности нашего фонарика, где луч выглядит непрерывным, потому что каждую секунду он направляет около 10¹⁴ (10 трлн) фотонов в глаз, который на него смотрит.

Является ли граница между светом и тенью резкой, или существует некая «серая зона»? Обычно существует довольно широкая серая область, и одна из причин её существования показана на рис. 2.3. Есть тёмная область (называемая полной тенью), куда вообще не доходит свет от нити накала. Есть также полностью освещённая область, которая может получать свет от любого участка нити накала. Но поскольку нить накала не является геометрической точкой, а имеет определённые размеры, между освещённой и неосвещённой областью также присутствует полутень — область, которая может получать свет только от некоторых участков нити накала. Если смотреть из области полутени, то видна лишь часть нити накала, и освещённость окажется меньше, чем в полностью освещённой области.

Однако размер нити накала — не единственная причина того, почему фонарик отбрасывает полутени. Различное влияние на свет оказывают рефлектор, расположенный позади лампочки, стеклянный колпак фонарика, разные швы и дефекты и т. д. Так что мы ожидаем появления сложной светотеневой картины просто потому, что сам фонарик сложен. Но случайные особенности фонариков не являются предметом наших экспериментов. За вопросом о свете фонарика скрывается более фундаментальный вопрос о свете вообще: существует ли, в принципе, некий предел того, сколь резкой может быть тень (другими словами, насколько узкой может быть полутень)? Например, если фонарик сделать из абсолютно чёрного (неотражающего) материала и использовать всё меньшего размера нити накала, возможно ли сужать полутень беспредельно?

Глядя на рис. 2.3, кажется, что это возможно: если бы нить накала не имела размера, не было бы полутени. Но на рисунке я сделал некоторое допущение относительно света, а именно, что свет распространяется только прямолинейно. Из повседневного опыта нам известно, что это так и есть, поскольку заглядывать за угол мы не умеем. Однако тщательные эксперименты показывают, что свет не всегда движется по прямой. При некоторых обстоятельствах он искривляется.

Это трудно продемонстрировать с помощью одного лишь фонарика, потому что сложно делать крошечные нити накала и очень чёрные поверхности. Эти практические сложности скрывают те пределы, которые фундаментальная физика накладывает на резкость теней. К счастью, искривление света можно продемонстрировать и иначе. Предположим, что свет фонарика проходит через два последовательных маленьких отверстия в светонепроницаемых экранах, как показано на рис. 2.4, и что свет падает затем на третий экран. Вопрос состоит в следующем: если этот эксперимент повторять, уменьшая диаметр отверстий и увеличивая расстояние между первым и вторым экранами, будет ли полная тень (область абсолютной темноты) сужаться безгранично, пока не превратится в прямую линию между центрами двух отверстий? Может ли освещённая область между вторым и третьим экраном быть ограничена произвольно узким конусом? Говоря языком ювелиров, сейчас мы спрашиваем что-то вроде того, «насколько пластичен свет», насколько тонка нить, в которую можно его растянуть. (Из золота можно получить нити толщиной в 0,0001 мм.)

Оказывается, что свет не так пластичен, как золото! Задолго до того, как диаметр отверстий приблизится к десятитысячной доле миллиметра, а в действительности уже при диаметре отверстий около одного миллиметра свет начинает заметно возмущаться. Вместо того чтобы проходить через отверстия по прямым линиям, свет не желает оставаться в ограниченном пространстве и расползается позади каждого отверстия. И, расползаясь, он «растрёпывается». Чем меньше диаметр отверстия, тем сильнее свет уклоняется от прямолинейного пути. Появляются сложные картины света и тени. На третьем экране мы уже видим не освещённую и тёмную области с полутенью между ними, а концентрические кольца разной толщины и яркости. Кроме того, там присутствует цвет, так как белый свет является смесью фотонов разных цветов, каждый из которых распространяется и рассеивается немного по-своему. На рис. 2.5 показана типичная картина, которую может образовать на третьем экране белый свет, пройдя через отверстия в первых двух экранах. Напоминаю, здесь не происходит ничего, кроме отбрасывания тени! Рис. 2.5 — это всего лишь тень, отброшенная вторым экраном, изображённым на рис. 2.4. Если бы свет распространялся только прямолинейно, появилась бы только крошечная белая точка (гораздо меньше, чем яркое пятно в центре рис. 2.5), окружённая очень узкой полутенью. Всё остальное было бы полной тенью — совершенной темнотой.

Как бы ни озадачивало искривление лучей света при прохождении через маленькие отверстия, я не вижу в этом фундаментальной проблемы. В любом случае для наших настоящих целей важно то, что свет действительно искривляется. Это означает, что тени не должны выглядеть как силуэты предметов, которые их отбрасывают. Более того, дело даже не в размывании изображения, вызванном полутенью. Оказывается, перегородка со сложной картиной отверстий может отбрасывать тень совершенно другой формы!

На рис. 2.6 показана примерно в натуральную величину часть картины теней, создаваемой на расстоянии 3 м двумя прямыми параллельными щелями в светонепроницаемой перегородке. Щели находятся на расстоянии 0,2 мм друг от друга и освещаются нерасходящимся красным лучом лазера, расположенного по другую сторону перегородки. Почему используется свет лазера, а не электрического фонарика? Только потому, что точная форма тени также зависит и от цвета света, который её производит. Белый свет фонарика содержит весь спектр видимых цветов, поэтому он может отбрасывать тени с многоцветными краями. Поэтому для экспериментов, смысл которых в получении точной формы тени, лучше использовать свет одного цвета. Можно поместить перед фонариком цветной фильтр (например, пластину из цветного стекла), чтобы через него проходил свет только одного цвета. Это помогло бы, но фильтры выделяют его не слишком аккуратно. Лучше воспользоваться светом лазера, поскольку лазер можно очень точно настроить на испускание света совершенно конкретного цвета почти без примеси других[4].

Если бы свет распространялся прямолинейно, то на рис. 2.6 мы бы увидели две ярких полосы с резкими границами, расположенные на расстоянии 0,2 мм друг от друга (что было бы невозможно увидеть в таком масштабе), а остальная часть экрана осталась бы в тени. Но в действительности свет искривляется так, что образует много ярких и тёмных полос без резких границ. Если щели сдвинуть вбок так, чтобы они оставались в пределах лазерного луча, то и картина на экране сдвинется на столько же. В этом отношении она ведёт себя как обычная тень, отбрасываемая крупным предметом. Хорошо, а какую тень мы получим, если прорежем в перегородке ещё пару таких же щелей, сдвинув их на половину расстояния между первыми двумя, так что получится четыре щели, разделённые расстоянием в 0,1 мм? Можно было бы ожидать, что картина будет выглядеть почти так же, как и изображённая на рис. 2.6. Как-никак первая пара щелей отбрасывает тени, показанные на рис. 2.6, и, как я уже сказал, вторая пара щелей должна произвести подобную картину тени, сдвинутую в сторону на 0,1 мм — то есть почти на том же самом месте. Кроме того, мы знаем, что лучи света обычно проходят друг сквозь друга, не претерпевая изменений. Так что две пары щелей, казалось бы, должны дать ту же самую картину, но в два раза ярче и чуть более размытую.

В действительности происходит нечто совершенно иное. Реальная картина теней, отбрасываемых перегородкой с четырьмя прямыми параллельными щелями, показана на рис. 2.7 (а). Для сравнения ниже я снова привожу рисунок тени от перегородки с двумя щелями — рис. 2.7 (b). Мы видим, что тень от четырёх щелей представляет собой отнюдь не комбинацию двух слегка смещённых теней от двух щелей, а имеет новую и более сложную структуру. В этой картине есть участки, вроде тех, что помечены знаком X, которые не освещены на картине тени от четырёх щелей, но освещены на картине тени от двух щелей. Эти участки были яркими при наличии в перегородке двух щелей, но стали тёмными, когда в перегородке прорезали ещё две щели, пропускающие свет. Появление этих щелей помешало[5] попаданию света в зону X.

Таким образом, появление ещё двух источников света затемняет зону X, а их удаление снова освещает её. Каким образом? Можно представить себе, как два фотона направляются к зоне X и отскакивают друг от друга, как бильярдные шары. Любой из двух фотонов, будь он один, попал бы в зону X, но они мешали друг другу и оба ушли куда-то в другие места. Скоро я покажу, что это объяснение не может быть истинным. Тем не менее от основной идеи этого объяснения уйти невозможно: через вторую пару щелей должно проходить что-то, препятствующее попаданию света из первой пары щелей в зону X. Но что же? Это мы можем выяснить с помощью дальнейших экспериментов.

Во-первых, картина тени от перегородки с четырьмя щелями, изображённая на рис. 2.7 (а), появляется только в том случае, если все четыре щели освещены лазерным лучом. Если освещены только две щели, появляется картина, которая должна быть для двух щелей. Если освещены три щели, появится новая картина, отличная от двух предыдущих, — тень от трёх щелей. Таким образом, то, что создаёт помехи, находится в луче света. Двухщелевая картина также появляется вновь, если две лишние щели заполнить светонепроницаемым материалом, и не появляется, если этот материал прозрачный. Другими словами, создающий помехи агент блокируется всем, что не даёт проходить свету, даже если это нечто почти неощутимо, как туман. Однако он проникает сквозь всё, что позволяет пройти свету, даже через такое непроницаемое (для вещества) препятствие, как алмаз. Если в приборе установить сложную систему зеркал и линз, то до тех пор, пока свет может дойти от каждой щели до конкретной точки на экране, в этой точке будет наблюдаться часть четырёхщелевой картины. Если до конкретной точки может дойти свет только от двух щелей, на экране мы увидим часть двухщелевой картины и т. д.

Таким образом, что бы ни вызывало помехи, оно ведёт себя в точности как свет. Оно всегда присутствует в луче света, но отсутствует вне его. Оно отражается, передаётся или блокируется тем, что отражает, передаёт или блокирует свет.

Возможно, вы удивитесь, почему я столь досконально разбираю этот вопрос. Ведь абсолютно очевидно, что это и есть свет, то есть фотонам из одной щели мешают фотоны из других. Но, возможно, вы поставите под сомнение очевидное после следующего эксперимента, завершающего серию.

Что нам следует ожидать, когда эти эксперименты проводятся с использованием только одного фотона за раз? Предположим, что наш фонарик отнесён так далеко от экрана, что за целый день на него падает только один фотон. Что увидит наша лягушка, наблюдающая за экраном? Если верно то, что каждому фотону мешают другие фотоны, то не должны ли эти помехи уменьшиться, когда фотоны появляются очень редко? И не прекратятся ли они вовсе, если через прибор в каждый момент времени будет проходить только один фотон? Мы по-прежнему можем ожидать появления полутеней, так как фотон, проходя через щель, может отклониться от своего курса (быть может, в результате скользящего удара о край щели). Чего точно не должно быть, так это мест на экране, которые, подобно точке X, получают фотоны, когда открыты лишь две щели, но становятся тёмными, когда открывают две другие.

Однако именно это мы и увидим! Независимо от того, насколько редко появляются фотоны, картина теней остаётся неизменной. Даже при проведении эксперимента с одиночными фотонами мы не увидим ни единого случая их попадания в точку X, если открыты все четыре щели. Но стоит только закрыть две щели, и вспышки в точке X возобновятся.

Быть может, фотон расщепляется на фрагменты, которые после прохождения через щели изменяют свою траекторию и соединяются вновь? Эту возможность мы тоже можем исключить. Опять-таки если запустить в наш прибор ровно один фотон и у каждой из четырёх щелей установить по детектору, то зарегистрировать сигнал сможет максимум один из них. Поскольку при подобном эксперименте никогда не наблюдается срабатывания двух детекторов одновременно, можно утверждать, что обнаруживаемые ими объекты не расщепляются.

Хорошо, но если фотоны не расщепляются на фрагменты и не меняют траекторию под действием других фотонов, то что же их отклоняет? Когда через прибор проходит по одному фотону за раз, что проникает через другие щели, создавая ему помехи?

Подведём итог. Мы обнаружили, что, когда один фотон проходит через наш прибор:

• он проходит через одну из щелей, а затем что-то воздействует на него, заставляя отклониться от своей траектории, и это отклонение зависит от того, какие ещё щели открыты;

• воздействующие агенты прошли через какие-то из оставшихся щелей;

• воздействующие агенты ведут себя в точности так же, как фотоны…

• …но их невозможно увидеть.

С этого момента я буду называть воздействующие объекты «фотонами». Именно фотонами они и являются, хотя в данный момент кажется, что существует два вида фотонов, один из которых я временно назову реальными фотонами, а другой — теневыми фотонами. Первые мы можем увидеть или обнаружить с помощью приборов, тогда как вторые — неосязаемы (невидимы): их можно обнаружить только косвенно по их воздействию на видимые фотоны. (Далее мы увидим, что между реальными и теневыми фотонами нет особой разницы: каждый фотон осязаем в одной вселенной и не осязаем во всех остальных, параллельных вселенных — но я забегаю вперёд.) Пока мы пришли только к тому, что каждый реальный фотон сопровождают фотоны свиты, или теневые фотоны, и что при прохождении фотона через одну из четырёх щелей некоторые теневые фотоны проходят через три оставшиеся. Поскольку возникают разные интерференционные картины, если мы прорезаем щели в других местах экрана, но всё ещё в пределах луча, теневые фотоны должны попадать на всю освещённую часть экрана, когда на него попадает реальный фотон. Следовательно, теневых фотонов гораздо больше, чем реальных. Сколько же их? Эксперименты не могут ограничить это число сверху, но дают приблизительную нижнюю границу. Максимальная площадь, которую мы можем легко осветить с помощью лазера в лаборатории, составляет около одного квадратного метра, а минимальный достижимый размер отверстий может быть около 0,001 мм. Таким образом, существует около 10¹² (одного триллиона) возможных положений отверстий на экране. Следовательно, каждый реальный фотон должен сопровождаться по крайней мере триллионом теневых.

Таким образом, мы пришли к выводу о существовании бурлящего, непомерно сложного скрытого мира теневых фотонов. Они летят со скоростью света, отражаются от зеркал, преломляются линзами и останавливаются, встретив светонепроницаемые барьеры или фильтры неподходящего цвета. Однако они не оказывают никакого воздействия даже на самые чувствительные детекторы. Единственная вещь во вселенной, по воздействию на которую можно наблюдать теневой фотон, — это сопровождаемый им реальный фотон. Это явление называется интерференцией. Если бы не это явление и не странные картины теней, по которым мы его обнаруживаем, теневые фотоны были бы абсолютно незаметными.

Интерференция свойственна не только фотонам. Квантовая теория предсказывает, а эксперимент подтверждает, что ей подвержены любые частицы. Так что каждый реальный нейтрон должны сопровождать войска теневых нейтронов, каждый электрон — войска теневых электронов и т. д. Каждую из этих теневых частиц можно обнаружить лишь косвенно по её воздействию на движение реального партнёра.

Отсюда вытекает, что реальность гораздо обширнее, чем кажется, и большая её часть невидима. Те объекты и события, которые мы и наши приборы можем наблюдать непосредственно, — не более чем вершина айсберга.

Реальные частицы обладают свойством, которое даёт нам право называть их совокупность вселенной. Это определяющее свойство заключается просто в их реальности, то есть во взаимодействии друг с другом и, следовательно, в том, что их можно непосредственно обнаружить с помощью приборов и органов чувств, созданных из других реальных частиц. Из-за явления интерференции они не отделены полностью от остальной реальности (то есть от теневых частиц). В противном случае мы бы никогда не узнали, что реальность — это нечто большее, чем реальные частицы. Но с хорошей степенью приближения они напоминают Вселенную, которую мы видим вокруг ежедневно, и ту Вселенную, на которую ссылается классическая (доквантовая) физика.

По сходным причинам можно было бы предложить назвать совокупность теневых частиц параллельной вселенной, ибо теневые частицы также испытывают воздействие реальных частиц только через явление интерференции. Но мы можем сделать ещё лучше. Оказывается, теневые частицы отделены друг от друга точно так же, как отделяется от них вселенная реальных частиц. Другими словами, они образуют не единственную однородную параллельную вселенную, намного превосходящую реальную, а огромное количество параллельных вселенных, каждая из которых по составу похожа на реальную и подчиняется тем же законам физики, но отличается тем, что в каждой из них частицы находятся в других положениях.

Нужно сделать замечание относительно терминологии. Слово «вселенная» традиционно использовали для обозначения «всей физической реальности». В этом смысле может существовать не более одной вселенной. Мы можем и далее придерживаться этого определения и утверждать, что то, что мы привыкли называть нашей Вселенной, а именно: всё непосредственно ощутимое вещество и энергия вокруг нас, и всё окружающее нас пространство — далеко не вся вселенная, а лишь небольшая её часть. В этом случае нам пришлось бы придумать новое название для этой маленькой реальной части. Но большинство физиков предпочитает продолжать пользоваться словом «вселенная» для обозначения того, что оно всегда обозначало, несмотря на то что сейчас эта сущность оказывается лишь маленькой частью физической реальности. Для обозначения физической реальности в целом было придумано новое слово — мультивселенная, или мультиверс.

Опыты с интерференцией одной частицы, подобные описанным мной, показывают, что мультиверс существует и содержит множество партнёров каждой частицы реальной вселенной. Чтобы прийти к следующему выводу о разделении мультиверса на параллельные вселенные, следует рассмотреть явление интерференции более чем одной реальной частицы. Самый простой способ осуществить это — спросить посредством «мысленного эксперимента», что должно происходить на микроскопическом уровне, когда теневые фотоны встречают непрозрачный объект. Безусловно, они останавливаются: мы знаем это, поскольку интерференция прекращается, когда на пути теневых фотонов появляется светонепроницаемая перегородка. Но почему? Что их останавливает? Мы можем исключить прямолинейный ответ, что реальные атомы перегородки поглощают их так же, как поглотили бы реальные фотоны. Во-первых, нам известно, что теневые фотоны не взаимодействуют с реальными атомами. Во-вторых, мы можем проверить, измерив атомы перегородки (или точнее, заменив перегородку детектором), что они не поглощают энергию и никоим образом не изменяют своё состояние, пока не встретят реальный фотон. Теневые фотоны не оказывают на них никакого влияния.

Другими словами, перегородка одинаково воздействует как на реальные, так и на теневые фотоны, но на неё эти два вида фотонов воздействуют по-разному. В действительности, насколько нам известно, теневые фотоны вообще не оказывают на неё никакого воздействия. На самом деле это и является определяющим свойством теневых фотонов, потому что если бы они оказывали видимое воздействие хоть на какой-то материал, то этот материал можно было бы использовать как детектор теневых фотонов, а само явление теней и интерференции не существовало бы в том виде, в каком я его описал.

Следовательно, в месте существования реальной перегородки находится и теневой барьер некоторого вида. Без особых усилий можно сделать вывод, что эта теневая перегородка состоит из теневых атомов, которые, как нам уже известно, должны присутствовать как партнёры реальных атомов перегородки. У каждого реального атома существует множество таких партнёров. Действительно, общая плотность теневых атомов даже в слабом тумане была бы более чем достаточна, чтобы остановить танк, что уж говорить об одном фотоне, если бы эти атомы могли воздействовать на него. Поскольку мы обнаружили, что частично прозрачные перегородки имеют равную степень светопроницаемости как для реальных, так и для теневых фотонов, значит, не все теневые атомы на пути определённого теневого фотона могут помешать его движению. Каждый теневой фотон встречает перегородку, во многом подобную той, которую встречает его реальный партнёр, — перегородку, состоящую лишь из небольшой доли существующих теневых атомов.

По той же причине каждый теневой атом в перегородке может взаимодействовать лишь с небольшой долей других теневых атомов, находящихся около него, и те, с которыми он взаимодействует, образуют перегородку, весьма похожую на реальную. И так далее. Всё вещество и все физические процессы имеют такую структуру. Если реальным барьером является сетчатка глаза лягушки, значит, должно быть много теневых сетчаток, каждая из которых способна остановить только одного теневого партнёра каждого фотона. Каждая теневая сетчатка сильно взаимодействует только с соответствующими теневыми фотонами, с соответствующей теневой лягушкой и т. д. Другими словами, частицы группируются в параллельные вселенные. Они «параллельны» в том смысле, что в пределах каждой вселенной частицы взаимодействуют друг с другом так же, как в реальной вселенной, но воздействие, оказываемое каждой вселенной на остальные, весьма слабое, и реализуется оно через явление интерференции.

Таким образом, мы построили цепочку умозаключений, которая начинается со странной структуры теней и заканчивается параллельными вселенными. На каждом этапе мы обнаруживаем, что поведение наблюдаемых нами объектов можно объяснить только присутствием невидимых объектов, которые имеют вполне определённые свойства. Ключевая идея заключается в том, что явление интерференции одиночной частицы определённо исключает возможность того, что существует одна лишь реальная вселенная, которая нас окружает. Никто не отрицает, что такое явление интерференции существует. Тем не менее лишь немногие физики признают существование мультиверса. Почему?

Ответ, к сожалению, выставляет большинство не в лучшем свете. Я ещё вернусь к этому в главе 13, но сейчас мне хотелось бы подчеркнуть, что доводы, представленные мной в этой главе, обращены лишь к тем, кто ищет объяснений. Те, кого устраивают обычные предсказания и у кого нет особого желания понять, как получаются предсказанные результаты экспериментов, могут при желании просто отрицать существование всего, за исключением того, что я называю «реальными» объектами. Некоторые люди, например, инструменталисты и позитивисты, принимают эту линию исходя из философского принципа. Я уже сказал, что думаю о таких принципах и почему. Другие люди просто не хотят думать об этом. Как-никак это очень сильный вывод, и он вызывает большое беспокойство, когда о нём слышишь впервые. Но я полагаю, что все эти люди ошибаются. Я надеюсь убедить читателей, которые готовы меня терпеть, что понимание мультиверса — это непременное условие для достижения наилучшего возможного понимания реальности. Я говорю это не в духе суровой решимости искать истину независимо от того, насколько неприятной она может оказаться (хотя надеюсь, что я принял бы и такую истину, если бы до этого дошло). Напротив, я говорю это потому, что такое мировоззрение намного целостнее и гораздо осмысленнее, чем все прежние мировоззрения. Оно определённо возвышается над циничным прагматизмом, который в наше время слишком часто служит для учёных суррогатом мировоззрения.

«Почему мы не можем просто сказать, — спрашивают некоторые физики-прагматики, — что фотоны ведут себя так, словно взаимодействуют с невидимыми сущностями? Почему нельзя на этом и остановиться? Почему мы должны идти дальше и занимать определённую позицию относительно существования невидимых объектов?» Более экзотический вариант этой же по существу идеи заключается в следующем: «Реальный фотон осязаем, теневой фотон — это просто вариант поведения реального фотона, который был возможен, но не осуществился. Таким образом, квантовая теория описывает взаимодействие реального с возможным». Это, по меньшей мере, звучит достаточно глубокомысленно. Но, к сожалению, люди, которые выбирают любой из этих взглядов (включая выдающихся учёных, которые должны бы быть лучше осведомлены), с этого места неизменно начинают нести чушь. Поэтому давайте будем рассудительными. Ключевой момент состоит в том, что реальный, видимый и ощутимый фотон ведёт себя по-разному в зависимости от того, какие пути открыты где-то там в экспериментальной установке, ибо что-то движется рядом с ним и в конце концов перехватывает видимый фотон. Что-то действительно перемещается по этим путям, и отказаться называть его «реальным» — это просто играть в слова. «Возможное» не может взаимодействовать с реальным: несуществующие сущности не могут изменять траекторию движения существующих. Если фотон отклоняется от своей траектории, на него должно что-то воздействовать, и это что-то я назвал «теневым фотоном». Конечно, присвоение имени не делает вещь реальной, но не может быть, чтобы действительное событие, такое как приход и регистрация реального фотона, было вызвано воображаемым событием — тем, что фотон «мог бы сделать», но не сделал. Только то, что действительно происходит, может стать причиной других реальных событий. Если сложные движения теневых фотонов в эксперименте с интерференцией были бы просто возможностью, которая на самом деле не реализовалось, то и наблюдаемое нами явление интерференции в действительности не имело бы места.

Причину того, что эффект интерференции обычно столь слаб и трудно обнаружим, можно найти в законах квантовой механики, которые им управляют. Существенны два частных вывода из этих законов. Во-первых, каждая субатомная частица имеет партнёров в других вселенных и интерферирует только с этими партнёрами. Любые другие частицы этих вселенных не оказывают на неё непосредственного воздействия. Следовательно, интерференцию можно наблюдать лишь в особых случаях, когда траектории частицы и её теневых партнёров расходятся и затем вновь сходятся (когда, например, фотон и теневой фотон стремятся к одной и той же точке на экране). Даже время должно быть правильным: если на одной из двух траекторий организовать задержку, интерференция ослабнет или прекратится. Во-вторых, для того, чтобы обнаружить интерференцию между любыми двумя вселенными, необходимо, чтобы произошло взаимодействие между всеми их частицами, положение и другие свойства которых не идентичны. На практике это означает, что интерференция будет достаточно сильна для того, чтобы её можно было обнаружить только между двумя очень похожими вселенными. Например, во всех описанных мною экспериментах интерферирующие вселенные отличаются положением только одного фотона. Если фотон при движении воздействует на другие частицы, и в особенности если мы наблюдаем его, то эти частицы или наблюдатель тоже станут различными в разных вселенных. Если это так, то последующую интерференцию с участием этого фотона на практике невозможно будет обнаружить, потому что требуемое взаимодействие между всеми частицами, которые подверглись влиянию, будет слишком сложно обеспечить. Здесь я должен упомянуть, что стандартная фраза, описывающая этот факт, а именно — «наблюдение разрушает интерференцию», — весьма обманчива, причём сразу в трёх отношениях. Во-первых, она предполагает некоторое психокинетическое влияние сознательного «наблюдателя» на фундаментальные физические явления, хотя такого влияния не существует. Во-вторых, интерференция не «разрушается»: её просто (гораздо!) сложнее увидеть, потому что для этого необходимо управлять точным поведением гораздо большего количества частиц. И, в-третьих, не только «наблюдение», но и любое воздействие фотона на его окружение, которое зависит от выбранной им траектории, приводит к тому же результату.

Ради блага читателей, которые могли видеть другие описания квантовой физики, я должен кратко показать связь между рассуждением, приведённым мной в этой главе, и обычным способом подачи этого предмета. Возможно, из-за споров, возникших среди физиков-теоретиков, традиционно отправной точкой является сама квантовая теория. Сначала теорию пытаются изложить как можно точнее, а уже затем — понять, что она говорит нам о реальности. Это единственный возможный подход, если нужно прийти к пониманию мельчайших деталей квантовых явлений. Но в отношении вопроса о том, состоит ли реальность из одной вселенной или из многих, этот подход излишне сложен. Именно поэтому в данной главе я ему не следовал. Я даже не сформулировал ни одного постулата квантовой теории, а просто описал некоторые физические явления и сделал неизбежные выводы. Но если начинать с теории, существует две вещи, которые никто не будет оспаривать. Первая заключается в том, что квантовая теория не имеет себе равных в способности предсказывать результаты экспериментов даже при слепом использовании её уравнений без особых размышлений об их значении. Вторая состоит в том, что квантовая теория рассказывает нам нечто новое и необычное о природе реальности. Спор заключается лишь в том, что именно.

Хью Эверетт[6] первым ясно осознал (в 1957 году, примерно через тридцать лет после того, как эта теория стала основой физики субатомных частиц), что квантовая теория описывает мультивселенную. С того времени не утихает спор о том, допускает ли эта теория какую-то другую интерпретацию (или реинтерпретацию, или переформулировку, или модификацию и т. д.), согласно которой она описывала бы единственную вселенную, но продолжала бы правильно предсказывать результаты экспериментов. Другими словами, действительно ли принятие предсказаний квантовой теории вынуждает нас принять существование параллельных вселенных?

Мне кажется, что этот вопрос, а следовательно, и преобладающая тональность спора относительно этой проблемы имеет характер упорного заблуждения. Признаться, для физиков-теоретиков, подобных мне, допустимо и оправданно прикладывать огромные усилия, чтобы достичь понимания формальной структуры квантовой теории, но не за счёт того, чтобы потерять из вида нашу главную цель — понять реальность. Даже если предсказания квантовой теории можно каким-то образом получить, не ссылаясь на другие вселенные, отдельные фотоны всё равно будут отбрасывать описанные мной тени. И без знания квантовой теории ясно, что эти тени не могут быть результатом любой отдельно взятой истории фотона, описывающей его движение от фонарика к глазу наблюдателя. Они несовместимы ни с одним объяснением, рассматривающим только те фотоны, которые мы видим. Или только те перегородки, которые мы видим. Или только видимую нами вселенную. Следовательно, если наилучшая теория из тех, что были в распоряжении физиков, не ссылалась на параллельные вселенные, это просто значит, что нам понадобится теория получше, которая будет ссылаться на параллельные вселенные, чтобы объяснить то, что мы видим.

Означает ли это, что принятие предсказаний квантовой теории заставляет нас принять и существование параллельных вселенных? Само по себе — нет. Любую теорию мы всегда можем истолковать в духе инструментализма — так, чтобы она не заставляла нас признавать что-либо относительно реальности. Но спор-то не об этом. Как я уже сказал, чтобы узнать, что параллельные вселенные существуют, нам не нужны глубокие теории: об этом нам говорит явление интерференции с участием одной частицы. Глубокие теории нужны нам, чтобы объяснить и предсказать такие явления — рассказать, каковы эти другие вселенные, каким законам они подчиняются, как влияют друг на друга и как всё это укладывается в теоретические основы других предметов. Именно это и делает квантовая теория. Квантовая теория параллельных вселенных — это не проблема, это решение. Она не является некой сомнительной и факультативной интерпретацией, проистекающей из заумных теоретических соображений. Она является объяснением — и единственно логичным объяснением — замечательной и контринтуитивной реальности.

До сих пор я использовал условные термины, подразумевающие, что одна из множества параллельных вселенных отличается от других тем, что она «реальна». Пришло время разорвать последнюю связь с классическим понятием реальности, основанным на существовании одной вселенной. Вернёмся к нашей лягушке. Мы поняли, что история лягушки, которая смотрит на далёкий от неё фонарик в течение многих дней, ожидая вспышку, которая появляется в среднем раз в день, — ещё не вся история, потому что должны также существовать теневые лягушки в теневых вселенных, сосуществующие с реальной лягушкой и тоже ждущие появления фотонов. Допустим, что нашу лягушку научили подпрыгивать при появлении вспышки. В начале эксперимента у реальной лягушки будет множество теневых партнёров, и изначально все они будут похожи. Но уже вскоре похожими между собой будут не все. Маловероятно, чтобы каждая лягушка увидела фотон немедленно после начала эксперимента. Но событие, редкое в одной вселенной, является обычным в мультиверсе в целом. В любой момент где-то в мультиверсе существует несколько вселенных, в которых один из фотонов воздействует на сетчатку глаза лягушки, находящейся в этой вселенной. И эта лягушка подпрыгивает.

Почему же она подпрыгивает? Потому что в пределах своей вселенной она подчиняется тем же законам физики, что и реальная лягушка: на её теневую сетчатку попал теневой фотон, принадлежащий этой вселенной. Одна из светочувствительных теневых молекул этой теневой сетчатки отреагировала сложными химическими изменениями, на что, в свою очередь, отреагировал зрительный нерв теневой лягушки. Он передал сообщение в мозг теневой лягушки, которая, следовательно, испытала ощущение, что она видит вспышку.

Но, быть может, мне следует сказать «теневое ощущение того, что она видит вспышку»? Конечно, нет. Если «теневые» наблюдатели, будь то лягушки или люди, реальны, то все их ощущения тоже должны быть реальными. Когда они наблюдают то, что мы могли бы назвать теневым объектом, для них этот объект реален. Они наблюдают его при помощи тех же средств и в соответствии с тем же определением, что и мы, когда мы говорим, что вселенная, которую мы наблюдаем, «реальна». Понятие реальности относительно для данного наблюдателя. Поэтому объективно не существует ни двух видов фотонов, реального и теневого, ни двух видов лягушек, ни двух видов вселенных, из которых лишь одна — реальная, а все остальные — теневые. В описании, которое я привёл относительно образования теней или каких-то схожих явлений, не существует ничего, позволяющего различить «реальные» и «теневые» объекты, кроме простого допущения, что одна из копий «реальна». Когда я вводил понятия реальных и теневых фотонов, я явным образом разделил их, сказав, что мы видим первые, но не вторые. Но кто такие «мы»? Пока я писал всё это, множество теневых Дэвидов Дойчей писали то же самое. Они тоже подразделяли фотоны на реальные и теневые; но среди фотонов, которые они называли теневыми, были те, которые я назвал «реальными», а те фотоны, которые они называли реальными, оказались среди тех, которые я назвал «теневыми».

Ни одна из копий какого-либо объекта не занимает привилегированного положения не только в только что изложенном объяснении теней, но и в полном математическом объяснении, даваемом квантовой теорией. Субъективно я могу считать, что выделяюсь среди копий своей «реальностью», поскольку я могу непосредственно воспринимать себя, а не других, но я должен смириться с тем, что все остальные копии чувствуют то же самое по отношению к себе.

Многие из этих Дэвидов Дойчей пишут эти же самые слова в это мгновение. У некоторых это получается лучше. А некоторые пошли выпить чашку чая.

Ученые полагают, что в свете есть частицы из иных миров! | Известное и неизвестное

Источник фото: bigtv.ru

Источник фото: bigtv.ru

Здравствуйте. В прошлых статьях мы уже писали о удивительных свойствах света. Недавно ученые обнаружили еще одно более загадочное свойство света. Это открытие ведет к догадке о существовании других миров… . А тень этих миров оказывается всегда была у нас под носом…, — в луче света!

Ученых заинтересовало странное поведение света при прохождении через узкие отверстия и они решили провести еще один эксперимент. Лазерный луч светил на экран через два узких отверстия. При этом на экране высвечивалась известная картина. Свет образует много светлых полос без четких границ. Смотрите картинку снизу.

Источник изображения: m.fotostrana.ru

Источник изображения: m.fotostrana.ru

Далее, ученые решили усложнить эксперимент. Они прорезали в перегородке между источником света и экраном еще две щели. В перегородке получилось четыре щели, разделенные расстоянием 0,1мм.

Ученые предполагали получить уже знакомую интерференционную картину, только с большим количеством светлых полос. Однако, к их удивлению, результат оказался неожиданным! Внизу фото экрана в опыте с двумя щелями.

А вот, что увидели ученые, проводя эксперимент с четырьмя щелями.

Вместо большего количества освещенных участков, ученые получили, наоборот, меньшее их количество! Интересно… .

Ученые знают, что лучи света проходят сквозь друг друга, не претерпевая изменений. Так что две пары щелей должны создавать ту же картину, что и четыре щели.

На нижнем рисунке мы видим два темных участка. Что же помешало свету попасть на эти области? Ученые повторяли эксперимент много раз: появление двух дополнительных источников света (двух щелей), мешает попаданию света в эти области… .

Попытки объяснить это явление привели ученых к ошеломляющим результатам! Что-то мешает свету попадать в эти темные области на втором фото. И это что-то, что создает помехи, находится в самом световом луче! Ученые выяснили это долгими и хитрыми шагами: они устанавливали сложные системы зеркал, помещали в щели прозрачные материалы и пропускали свет через алмаз. Результат один: помехи создает то, что находится в самом пучке света.

Да, можно подумать, что фотоны, проходя мимо щелей, сталкиваются друг с другом и отклоняют траектории друг друга… . Но результат повторялся даже в опытах с одиночными фотонами.

Но что же мешает фотонам попадать в эти темные участки на экране? Что сбивает их «с толку»? Это что-то никак не регистрируется напрямую, мы можем узнать о его существовании только по его влиянии на видимые фотоны. Ученые назвали это «теневыми фотонами».

Ученые задумались, а сколько этих «теневых фотонов»? Если, выпуская один лишь фотон, мы получаем картину, как на нижнем фото, значит, «теневых фотонов» больше, чем реальных. Ведь реальный фотон проходит лишь через одну из четырех щелей. Если учесть, что картина на экране остается прежней, значит «теневых фотонов» столько, что они проходят через оставшиеся отверстия. Дальнейшие опыты подтвердили выводы ученых: каждый реальный фотон может сопровождаться 10(12) «теневых фотонов»! То есть того, что мы не видим в умопомрачительное раз больше, чем реального.

Большинство ученых склоняются к версии, что «теневые фотоны» это такие же реальные фотоны… только из параллельных реальностей! И этих параллельных реальностей, как видно триллионы! Мы не можем увидеть и зарегистрировать частицы из иных миров, но можем косвенно подтвердить их существование. Видимый нам фотон нашего мира сопровождают триллионы невидимых, из иных миров. Удивительно да!?

Насколько наша Вселенная загадочна! Мы и то, что нам знакомо — это лишь песчинка того огромного …, что привыкли называть МультиВселенная.

P. S. Читайте! Подписывайтесь!

PPP

Shadow Worlds — New York Times

Ткань реальности

Наука о параллельных вселенных — и ее последствия.

Дэвид Дойч.

390 стр. Нью-Йорк:

Аллен Лейн / The Penguin Press. 29,95 долларов США.

Стандартный набор в введении почти любого непрофессионала в современную физику — затхлый старый эксперимент с двумя щелями. Направьте пучок фотонов на фотопленку. Затем преградите путь частицам куском картона с двумя пробитыми в нем отверстиями.Закройте одно отверстие, и фотоны, которые проходят через другое отверстие, оставят на пленке одно пятно. Но откройте обе дырки сразу, и что вы увидите? Два места рядом? Поклонники популярной физики знают, что ответ не так прост. Открытие обоих отверстий заставляет фотоны прослеживать сложную «интерференционную картину»: чередующуюся конфигурацию светлых и темных полос, представляющих присутствие и отсутствие фотонов.

Открытие обоих отверстий каким-то образом предотвращает приземление частицы в места, куда она раньше могла свободно лететь.Физик Джон Белл сказал об этой загадочной и теперь странно знакомой ситуации, как будто «простая возможность пройти через другое отверстие» «влияет на движение частицы» и не дает ей двигаться в определенных направлениях ». продолжается.

С тех пор, как квантовая теория была сформирована в начале века, ее архитекторы мучились над тем, что она означает. Человеческий язык не подходит для этой задачи. Нильс Бор сказал об этом так: «Мы должны четко понимать, что когда дело доходит до атомов, язык можно использовать только так, как в поэзии.«К настоящему времени многие физики устали об этом думать. Они говорят, что квантовая теория работает, что бы она ни значила. Они предпочитают общаться на однозначном языке математики.

Дэвид Дойч, оксфордский физик и автор книги «Ткань реальности: наука о параллельных вселенных — и ее последствия», считает, что такое отношение является отговоркой. Квантовая механика, настаивает он, должна рассматриваться не только как инструмент прогнозирования, но и как объяснение того, как на самом деле устроен мир.Цена, которую он, кажется, вполне счастлив заплатить, состоит в том, чтобы признать, что Вселенная намного более странная, чем кажется. Он утверждает, что если принять квантовую теорию за чистую монету, мы придем к выводу, что наша Вселенная — одна из многих в ансамбле параллельных вселенных, которые физики стали называть мультивселенной. Дойч считает, что фотоны в эксперименте с двумя щелями не могут попасть на определенные части пленки, потому что им мешают невидимые «теневые» фотоны из параллельной вселенной.

Эта интерпретация квантовой механики «многих миров» была впервые предложена несколько десятилетий назад физиком Хью Эвереттом как способ осмыслить квантовую механику. Предположим, вы хотите измерить положение субатомной частицы. Согласно квантовой теории, невозмущенная частица находится в своеобразном состоянии неопределенности, в котором все возможные положения, которые она могла бы предположить, «существуют» (не спрашивайте как) одновременно. Только когда частица измеряется, она фиксируется в точном месте. Нет причины, по которой частица выбирает одно место, а не другое.Выбор случаен. Эверетт предложил другой, еще более нелогичный способ осмыслить ситуацию. Когда частица измеряется, Вселенная делится на несколько копий. В каждой из этих вселенных электрон занимает свое положение. Мы просто застряли в одном — и только одном — из этих миров.

Опять же, это старье для любителей физики. Но Дойч приводит самый убедительный аргумент в пользу интерпретации Эверетта, которую я читал. Но это лишь малая часть книги.Более грандиозная и наиважнейшая цель Дойча состоит в том, чтобы доказать, что для осмысления вселенной наука должна воспринимать свои теории не только как удобные инструменты, но и как серьезные описания того, как устроен мир. По его словам, истинная теория всего будет соткана из четырех нитей. Он пишет, что версия квантовой теории мультивселенной является самой глубокой из теорий. Также важна теория вычислений: идея, разработанная математиками Аланом Тьюрингом, Алонзо Черчем и другими, о том, что все физические процессы можно моделировать на компьютере.Также решающее значение имеет теория эволюции и, наконец, эпистемология (теория познания), которая рассматривает науку не как человеческую конструкцию, а как постоянно улучшающуюся карту мира.

«Ткань реальности» полна необычных и провокационных идей. Но я отошел от этого, имея лишь слабое ощущение того, как нити гобелена Дойча связаны друг с другом. Вначале он придерживался мнения, что, когда он пишет «Ткань реальности», другие Дэвид Дойчес в других вселенных также пишут книги: «Многие из тех Давидов в настоящий момент пишут именно эти слова.Некоторые ставят это лучше. Другие пошли выпить чашку чая ». Хотел бы я проникнуть в один из этих миров и взять более ясную версию этой загадочной книги.

В поисках невидимой темной материи физики обращаются в царство теней | Наука

Электронный луч в лаборатории Джефферсона создает обильные фотоны в надежде, что некоторые из них могут быть темными.

ЛАБОРАТОРИЯ ДЖЕФФЕРСОНА

Автор: Адриан Чо, 23 марта 2017 г., 9:00

Ученые, охотящиеся за невидимой темной материей, все глубже смотрят в тени. В связи с тем, что поиски излюбленного кандидата на темную материю — слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) — становятся пустыми, физики теперь обращаются к гипотетическому «темному сектору»: целому теневому царству скрытых частиц.Эта концепция «просачивалась в течение 7 или 8 лет, но сейчас она действительно выходит на первый план», — говорит Джонатан Фенг, теоретик из Калифорнийского университета в Ирвине (UCI).

На этой неделе физики встретятся в Мэрилендском университете, Колледж-Парк, на семинаре, спонсируемом Министерством энергетики США (DOE), чтобы обсудить идеи возможного эксперимента с темной материей стоимостью 10 миллионов долларов, который может быть реализован в ближайшие несколько дней. годы. Эти усилия дополнят текущие эксперименты агентства, в том числе флагманский поиск WIMP, LZ, подземный детектор стоимостью 76 миллионов долларов, который строится в Лиде, Южная Дакота.И многие исследователи считают, что Министерство энергетики должно сосредоточиться на темном секторе. Джим Сигрист, заместитель директора Министерства энергетики США по физике высоких энергий в Вашингтоне, округ Колумбия, говорит, что цель состоит в том, чтобы заполнить любой пробел в поисках Министерством энергетики темной материи, которая составляет 85% материи Вселенной: «Есть ли что-то, что нам не хватает? ? »

WIMP, придуманные в 1980-х годах, когда-то казались идеальным кандидатом на темную материю, которая своей гравитацией формирует видимую Вселенную. WIMP будут весить в несколько сотен раз больше протона и взаимодействовать только через гравитацию и слабое ядерное взаимодействие.Простой расчет предполагает, что после Большого взрыва их должно остаться ровно столько, чтобы учесть темную материю сегодня — аргумент, известный как «чудо вимпов». Кроме того, WIMP естественным образом возникают во многих версиях суперсимметрии, концепции, которая решает ключевые технические проблемы в стандартной модели известных частиц. Однако физикам еще предстоит обнаружить вимпы, сталкивающиеся с атомными ядрами, в подземных детекторах. А самый мощный в мире сокрушитель атомов, Большой адронный коллайдер (LHC) в Швейцарии, не обнаружил никаких признаков суперсимметрии или WIMP.

Неявка заставила физиков обратиться к темному сектору. Они предполагают, что темная материя может состоять не из одной массивной частицы, прикрепленной к стандартной модели, а из множества более легких частиц и сил с незначительной связью с известными частицами (см. Иллюстрацию). Например, в знакомой вселенной безмассовые фотоны передают электромагнитную силу; в темном секторе массивный темный фотон передал бы темную версию электромагнетизма. Теоретики обычно ожидают, что обычные и темные фотоны будут тонко переплетаться или «смешиваться».«В таком случае очень редко взаимодействие частиц, при котором обычно возникает фотон высокой энергии, вместо этого дает темный фотон.

Бозоны Хиггса и нейтрино будут соединяться с темным сектором аналогично. Благодаря этим порталам младенческая вселенная должна была произвести нужное количество темной материи, как в чуде WIMP.

Частицы темного сектора будут намного легче, чем WIMP, — меньше массы протона, поэтому физикам не нужна энергия LHC, чтобы вызвать их существование.Лучше всего справиться с гораздо более низкой энергией, но с интенсивным электронным пучком. Когда электроны врезаются в твердую цель, они излучают много фотонов, а иногда и темные фотоны.

В тени

Частицы темной материи, предсказанные расширениями стандартной модели, не появились, поэтому область, называемая темным сектором, может быть исследована.

C.BICKEL / НАУКА

Ускоритель непрерывного электронного пучка (CEBAF) в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюсе, штат Вирджиния, поддерживает именно такие эксперименты с фиксированной целью.В 2010 году физики в рамках эксперимента A Prime в CEBAF безуспешно пытались найти темные фотоны, распадающиеся на характерные электрон-позитронные пары. В прошлом году физики, занимавшиеся поиском тяжелых фотонов, снова использовали CEBAF. В будущих экспериментах на ускорителях физики могут вместо этого просто отслеживать рассеянные электроны, ища характерный излом на траектории электрона, который может возникнуть, когда он испускает темный фотон.

Или, как с детекторами WIMP, физики могут попытаться обнаружить частицы темного сектора, дрейфующие в окрестностях Земли.Поскольку WIMP тяжелые, физики ищут их, исследуя отдачу тяжелых атомных ядер, таких как ядра жидкого ксенона. Этот метод не работает для более легких частиц темного сектора, которые отскакивают от тяжелого ядра, как шары для пинг-понга от шара для боулинга.

Вместо этого физики могли бы искать отдачу тонких электронов, возможно, в устройстве, похожем на существующий детектор WIMP, говорит Кэтрин Зурек, теоретик из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии.Или они могут создать холодную ванну из легких ядер в «сверхтекучем» гелии и искать крошечные квантовые колебания, вызванные столкновениями. Другой вариант — поиск разрыва пар свободно текущих электронов в сверхпроводящем металле. Отчасти потому, что частиц легкой темной материи было бы больше, чем вимпов, детектор для них мог бы быть намного меньше и дешевле, чем детектор вимпов, говорит Зурек. По ее оценке, LZ будет содержать 7 метрических тонн жидкого ксенона, тогда как детектор легких частиц темной материи может весить килограмм.

После семинара физики изложат свои идеи в белой книге, которую Министерство энергетики рассмотрит в ближайшие месяцы, хотя Зигрист предупреждает, что 10 миллионов долларов не гарантированы. Некоторые надеются, что агентство быстро проведет эксперимент «с лопатой», в частности, на ускорителе, который ищет темный фотон методом изогнутой траектории. «За 10 миллионов долларов вы можете построить действительно хороший детектор и установить его рядом с существующим ускорителем», — говорит Тимоти Тейт, теоретик UCI.Другие предпочли бы разработать методы прямого обнаружения светлой темной материи, даже если для проведения эксперимента потребуется больше времени. «Я действительно надеюсь, что эти исследования и разработки могут стать частью программы», — говорит Зурек.

Джоанн Хьюетт, теоретик из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, говорит, что надеется, что Министерство энергетики воспользуется возможностью запустить не просто один эксперимент, а более обширную 10-15-летнюю программу исследования темного сектора. Такие эксперименты «охватывают очень важный диапазон, и они дешевы», — говорит она.«Это действительно заставляет их проводить эксперименты».

Проблема с теневыми фотонами

Главу 7 Дэвида Дойча «Ткань реальности» следует считать обязательной к прочтению для всех, кто хочет понять научный процесс. К сожалению, он встроен в книгу, полную сумасшедших идей, по крайней мере одна из которых неверна даже по собственным стандартам Deutsch. Эта единственная ошибка, которую Дойч совершает очень рано, заражает остальную часть его рассуждений, как вирус.Это очень прискорбно, потому что я думаю, что это, по крайней мере, частично виновато в том, что книга в целом не получила того внимания, которого она заслуживает.

Это очень интересное интеллектуальное упражнение — попытаться самостоятельно раскрыть ошибку Дойча. Чтобы его найти, не нужно быть физиком. Вот два совета, с которых можно начать: ошибка находится в главе 2, и все, что вам нужно знать, чтобы ее понять, содержится в этой статье, которая написана для непрофессиональной аудитории.

Так что, рискуя прозвучать как зашитая пластинка, отправляйтесь на Amazon и купите копию книги Дойча. Прочтите главу 7. Затем прочтите главу 2 и попробуйте решить эту загадку самостоятельно, прежде чем читать дальше. Обещаю, время будет потрачено не зря. Этот пост не только о том, чтобы показать пальцем на Дэвида Дойча и сказать «ха-ха!» Я хочу сделать более глубокий вывод о том, насколько сложно определить, что является «правдой». Это поможет, если у вас есть интуитивный опыт чтения аргументов Дойча и попыток выяснить для себя, что в них не так, даже если (возможно, особенно, если) вам не удастся.

Последнее предупреждение. Осторожно, спойлеры.

Дойч ошибка в этом абзаце, который в моем экземпляре находится на странице 43:

«Может быть, фотон распадается на фрагменты, которые, пройдя через щели, изменяют курс и рекомбинируют? Мы можем исключить такую ​​возможность тоже. Если мы снова пропустим через прибор один фотон, но используем четыре детектора, по одному на каждую щель, то максимум один из них когда-либо что-нибудь зарегистрирует. Поскольку в таком эксперименте мы никогда не наблюдаем, как два детектора срабатывают одновременно. , мы можем сказать, что обнаруженные ими объекты не разделяются.»

В моей статье» Квантовые тайны распутываются «я использую метафору магического трюка, чтобы описать, как популярные рассказы о КМ распространяют путаницу. Большинство людей думают, что магия — это все уловки и искусная ловкость рук, но сердце Хороший магический трюк — это повествование, которое кажется правдоподобным, но на самом деле не отражает основную реальность. Элементы этого повествования могут быть довольно тонкими. Я беру Пиковую даму, переворачиваю ее лицом вниз и кладу … здесь .Но на самом деле карта, которую я кладу сюда, вовсе не пиковая дама; Я уже поменял на другую карту. Намного позже, когда будет раскрыта истинная сущность карты, вы поклянетесь на стопке Библии, что эта карта была пиковой дамой. Вы видели это своими глазами. И ты все время смотрел на это как ястреб. За исключением того, что к тому времени, когда вы начали смотреть как ястреб, фокус был уже готов. Это произошло в тот небольшой момент замешательства, когда я потерял концентрацию и не мог вспомнить, что мне нужно было делать дальше.Фактически, я не потерял концентрацию. Каждый ход был расписан до мельчайших подробностей. Я говорю «ээ», чтобы было похоже, что я потерял ход мыслей. Это заставляет вас ослабить бдительность, потому что, если я потерял ход мыслей, значит, я не справляюсь. Я оглядываюсь, пытаясь решить, что мне делать с карточкой, и ваш взгляд следует за моим, потому что глубоко в вашем мозгу есть инстинкты, которые говорят, что когда член вашего племени фокусирует свое внимание на чем-то, вы тоже должны это проверить. потому что они могли смотреть на саблезубого тигра.В этот момент я рассеянно положил карту обратно наверх колоды, прежде чем положить ее сюда . И в этот момент я переключаюсь. За исключением того, что мне даже не нужно переключаться, потому что на самом деле та карта, которую я положил в верхнюю часть колоды, тоже не была пиковой дамой, это была две карты с пиковой дамой внизу.

Ошибка Дойча — это грех упущения: он не упоминает тот важный факт, что, когда вы проводите этот эксперимент с четырьмя детекторами , интерференция исчезает .Это разрушительный факт для теории теневых фотонов Дойча, но прежде чем я объясню, почему есть еще одна важная вещь, на которую следует обратить внимание, а именно то, что на данном этапе аргументации Дойч еще не представил теорию теневых фотонов . Вот почему так легко упустить из виду, что Deutsch упустил важный факт.

Тот факт, что добавление детекторов устраняет помехи, фатален для теории теневых фотонов. Чтобы понять, почему, нам нужно повторить, что именно говорит теория теневых фотонов: что-то влияет на поведение «реальных» (то, что Дойч называет «осязаемыми») фотонов, вызывая интерференцию.Независимо от того, что это «что-то», ведет себя так же, как «настоящие» фотоны, за исключением того, что это «можно обнаружить только косвенно через … эффекты интерференции …». Так что мы могли бы также назвать их (теневыми) фотонами. Поскольку теневые фотоны существуют (потому что они имеют наблюдаемые эффекты), должно быть так, что существуют целые теневые вселенные, охватывающие непостижимый диапазон возможных конфигураций, включая некоторые (на самом деле непонятно много), где Дэвида Дойча не существует, и, следовательно критично — в некоторых детекторах на щелях нет.

Это странная вещь о теневых фотонах: они ведут себя так же, как фотоны, которые существуют в параллельных вселенных , за исключением , их движения соответствуют точно движениям фотонов в этой вселенной . Есть только две возможности. Во-первых, наша вселенная каким-то образом привилегирована, и то, что мы делаем здесь, производит чудесные эффекты в бесчисленных теневых вселенных. Если мы, , решим закрыть наши щели, тогда фотоны в всех теневых вселенных будут заблокированы, даже те, что находятся в теневых вселенных, где щели все еще открыты.Представьте, как должны быть озадачены эти бедные ученые, пытаясь понять, почему свет ведет себя именно так. Не существует и соответствия между тем, как свет ведет себя в их вселенной, и физической конфигурацией их вселенной. Иногда свет проходит через заблокированные щели, а иногда не проходит через открытые щели. Из этого поведения они также могут сделать вывод о наличии того, что является для них теневой вселенной (которая для нас является реальной вселенной), которая управляет поведением фотонов в их вселенной, но это просто вызывает вопрос, почему мы, , случайно населяем единственная привилегированная вселенная, макроскопическая конфигурация которой определяет поведение света во всех теневых вселенных.

Другая возможность состоит в том, чтобы постулировать новое правило для теневых фотонов: только те теневые фотоны, которые приходят из теневых вселенных, макроскопическая конфигурация которых совпадает с «реальной» вселенной, могут влиять на «реальные» фотоны. Но если мы постулируем это, то немедленно следует, что теневые вселенные с разными макроскопическими конфигурациями не имеют никакого влияния на нашу вселенную и, следовательно, по собственным критериям Дойча не существуют.

Так или иначе, нельзя избежать того факта, что наша Вселенная в чем-то особенная.

Меня интересует не столько то, что Дойч был неправ per se , сколько процесс, в результате которого он оказался неправ. В отличие от фокусника, я почти уверен, что Дойч не собирался преднамеренно обмануть. Я также почти уверен, что Дойч не ошибся, потому что он просто был глуп. Напротив, я думаю, что Дойч, вероятно, гениален, намного умнее меня. Во-первых, он на самом деле физик, который, я почти уверен, даже сейчас по-прежнему является эффективным фильтром от идиотизма.Так что же пошло не так?

Я, конечно, не могу знать наверняка, но вот мое лучшее предположение: я думаю, Дойчу действительно удалось обмануть себя. Книга Дойча, несмотря на то, что многое в ней неверно, является образцом ясного мышления. Найти изъян в его рассуждениях непросто, в немалой степени из-за тонких деталей того, как он представляет свои аргументы. Вот почему я настоятельно рекомендовал вам выполнять упражнение самостоятельно.

Настоящая цель этого эссе не в том, чтобы резко критиковать Дэвида Дойча, а в том, чтобы показать, что даже очень умные люди, даже ученые (иногда особенно ученые) могут ошибаться и действительно ошибаются, и разобраться в возникшей неразберихе не всегда легко.Это одна из многих причин, по которым и ученые, и ученые всегда должны сохранять разумную меру смирения.

ОБНОВЛЕНИЕ:

Вот что Дэвид Дойч сказал по этому поводу (по электронной почте — я почти уверен, что он на самом деле не читал этот пост):

РГ: Я знаю, что вы, вероятно, слышите это много, но я считаю, что нашел серьезный изъян в теории теневых фотонов. Короче говоря, правила движения теневых фотонов определяются макроскопической конфигурацией нашей Вселенной.Если в нашей Вселенной открыта щель, сквозь нее проходят как материальные, так и теневые фотоны. Если в нашей Вселенной заблокирована щель, блокируются как материальные, так и теневые фотоны. Мне кажется, есть только две возможности: либо макроскопическая конфигурация * нашей * Вселенной управляет движением теневых фотонов (в этом случае теневые ученые должны быть сильно озадачены, почему их материальные фотоны иногда проходят через твердые объекты, а иногда не проходят). проходят через открытые щели), или мы должны постулировать, что только теневые фотоны из вселенных, макроскопическая конфигурация которых совпадает с нашей, могут взаимодействовать с нашими материальными фотонами.

ДД: Последнее, в хорошем приближении, так.

РГ: Но если мы постулируем это, то теневые фотоны из вселенных, макроскопические конфигурации которых не соответствуют нашей, никак не могут взаимодействовать с нашей Вселенной, и поэтому по вашим собственным критериям не существуют. Или я что-то упустил?

ДД: Вы утверждаете, что критерий существования, который я представил, неадекватен, а не изъян в «теории теневых фотонов» (которая также известна как квантовая теория). Однако этот критерий не задумывался как критерий того, чего * не * существует.Если бы это использовалось таким образом, то нам пришлось бы классифицировать все фотоны, которые покинули Солнце, прошли Землю и никогда не столкнутся ни с чем в будущем, как несуществующие.

Мой ответ:

1. Я считаю неискренним утверждать, что теория теневых фотонов — это «ака квантовая теория». Теория теневых фотонов на самом деле является формулировкой относительного состояния квантовой механики Хью Эверетта, которая позже была переименована Брайсом ДеВиттом в многомировую интерпретацию.Конечно, очень многие люди воспринимают ее всерьез, но сказать без оговорок, что это — это квантовая теория , было бы категорически неправильно. Я ценю интеллектуальную честность Дойча, который, по сути, признал мою критику обоснованной, но меня озадачивает то, как он, с одной стороны, может выступить против произвольной сложности научных объяснений, а затем принять как по существу неоспоримое утверждение о том, что параллельные вселенные причинно связаны между собой. микроскопический уровень в силу их макроскопических конфигураций.Мне кажется очевидным, что такое «объяснение» QM ни к чему не приведет. Но я полагаю, нам просто нужно согласиться, чтобы не соглашаться по этому поводу.

2. Транзакционная интерпретация квантовой механики Джона Крамера действительно считает фотоны, которые никогда не взаимодействуют ни с чем, как несуществующие, так что это не столь диковинное понятие, как предполагает Дойч.

ОБНОВЛЕНИЕ 2:

Дойч только что направил меня к этой статье, которая является более формальной формулировкой его теории множественных миров.Должен признаться, что при беглом прочтении это кажется убедительным аргументом. Так что мне, возможно, придется все это переосмыслить.

Для протокола, мои (текущие) разногласия с Deutsch не так уж велики. Из структуры QM ясно, что утверждение, что существует только одна (классическая) вселенная, несостоятельно. Но это по-прежнему оставляет вам выбор: бесконечное количество вселенных (позиция Дойча) или ноль (моя). Мне всегда казалось, что ноль был более экономным выбором, но теперь у меня начинаются некоторые сомнения.

теней и путь фотонов?

Тени и путь фотонов? — Обмен физическими стеками

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 177 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

2. 0

3. +0

6. Авторизоваться
   Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил
4 года, 3 месяца назад

Просмотрено
280 раз

$ \ begingroup $

На этот вопрос уже есть ответы :

Закрыт 4 года назад.

Почему у отражения теней такие размытые края, связано ли это с квантовой физикой, как фотон движется, чтобы эти очертания выглядели так?

Играет ли принцип неопределенности в отбрасывании теней, и существует ли 100% идеальная тень (даже от небольшого источника света)?

Создан 14 мар.

$ \ endgroup $

0

$ \ begingroup $

Я предполагаю, что тень на вашем снимке была создана при солнечном свете.Размытие по краям в основном связано с тем, что источник света, солнце, является не точечным источником, а, скорее, протяженным объектом, так что около края тени ваша рука блокирует свет от части солнца, но не всего света. солнце.

Квантовая физика может быть использована для объяснения дифракции света при его прохождении через край, но это не тот эффект, который вы здесь наблюдаете.

Создан 14 мар.

М.EnnsM. Эннс

6,39144 золотых знака2323 серебряных знака3636 бронзовых знаков

$ \ endgroup $

Не тот ответ, который вы ищете? Посмотрите другие вопросы с метками фотоны тени или задайте свой вопрос.

Physics Stack Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

Карточный домик | Природа

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Ткань реальности

Allen Lane: 1997. Pp.390 £ 25. Будет опубликовано в США 1 августа по цене 29,95 доллара США

Неослабевает излияние «научно-популярных» книг. Часто они имеют дело с современной физикой и знакомят с последними достижениями.Иногда они предлагают новую философию или мировоззрение. Эта книга относится ко второй категории. Знающий, яростно откровенный и весьма пристрастный, Дэвид Дойч стремится познакомить нас со своим взглядом на реальность. Он писал об этом раньше, но эта книга представляет собой более систематическое развитие.

Его четыре направления — квантовая теория, теория вычислений, теория эволюции и теория познания. Он заключает, что ученые недостаточно серьезно относятся к своим собственным теориям; вместо этого они «иррационально цепляются за то, что можно было бы назвать« парадигмами ».Например, в экспериментах по оптической интерференции используются фотоны, которые мы можем обнаружить, и другие, о присутствии которых мы можем судить только по их интерференционному воздействию на наблюдаемые фотоны («материальные» и «теневые» фотоны соответственно). Отнеситесь к этому серьезно, советует Дойч, и назовите материальные частицы нашей Вселенной и каждую теневую частицу частью параллельной вселенной.

Здесь возникает терминологический вопрос. Дойч отбрасывает термин «вселенная» как описание всей физической реальности, потому что то, что мы видим и изучаем, было бы тогда лишь ее частью, и поэтому потребовалось бы новое имя.Он использует «вселенную» для обозначения только той части физической реальности, которую мы обычно изучаем. А в остальном — физическая реальность в целом? Ну, просто назовите это «мультивселенной», и у нас есть наша номенклатура. Кажется, что нет разницы между мультивселенной и понятием параллельных вселенных.

Аналогичные друг другу вещи должны происходить в параллельных вселенных. В одном из своих немногих легких прикосновений Дойч говорит о вариантах самого себя в этих параллельных вселенных: «Многие из тех Давидов в настоящий момент пишут именно эти слова.Некоторые ставят это лучше. Остальные пошли выпить чаю ».

Как понять эти идеи? Когда электрон проходит через две щели (в эксперименте с двумя щелями), возникает суперпозиция состояний, и можно говорить о множестве потенциальных состояний электрона. Следующий шаг — связать возможные миры, в которых эти состояния реализуются индивидуально. Это сделано здесь. Но неудивительно, что фраза «множество миров» встречает сопротивление, поскольку она может вызвать в воображении «сошедшее с ума онтологическое расточительство».

Еще один терминологический момент, сделанный не автором, элементарный, но важный. Когда физики говорят о «Вселенной», которая встречается в их теориях, они всегда имеют в виду некую модельную вселенную, а не реальную вселенную, которую мы наблюдаем, к которой модель в лучшем случае является хорошим приближением.

Читателю, возможно, захочется сразу перейти к квантовым компьютерам, которые связаны с некоторыми основополагающими статьями Deutsch. Действительно, здесь мы находим ссылку на алгоритм Питера Шора — способ факторизации чисел порядка 1, за которыми следуют 500 нулей.Это огромные числа, если вспомнить, что количество частиц в наблюдаемой Вселенной оценивается как «всего лишь» 1 с 80 нулями. Факторизация, утверждает Дойч, использует ресурсы параллельных вселенных. Его задача: «Объяснить алгоритм с точки зрения единой вселенной». Я надеюсь, что компьютерные ученые смогут и возьмутся за этот вызов.

Здесь, как и в других местах, я был разочарован тем, что автор не смог дать более краткое и содержательное введение в основные идеи.Должен ли кто-то еще идти к статьям в Science или Physics World , чтобы узнать о квантовых компьютерах, когда у кого-то есть эта книга? У меня такое чувство, что Дойч так стремится пропагандировать свои идеи, что иногда пренебрегает более прямым изложением. Он не предупреждает нас, например, о том, что могут быть препятствия на пути создания квантовых компьютеров, которые не удастся преодолеть в течение многих лет. Основные трудности будут возникать из-за характера необходимой коррекции ошибок и из-за проблем квантовой механической декогеренции.

В главе о путешествиях во времени можно повеселиться. Самый интересный вид — это путешествие в прошлое, и все еще есть некоторые сомнения в том, что это «разрешено» нашими научными законами. Если это так, можно ожидать сообщений из будущего. Но посетители из будущего «не могут знать наше будущее больше, чем мы, потому что они пришли не оттуда». Дойч вовлекает нас в различные рассуждения, некоторые из которых, по его признанию, были бы уместны в научной фантастике.

Чтобы подогреть аппетит, вот несколько запоминающихся цитат: «Хотя большинство математиков и компьютерных ученых принимают уверенность математической интуиции как должное, они не воспринимают всерьез проблему согласования этого с научным мировоззрением»; «Математические знания по своей природе производные, полностью зависящие от наших знаний физики»; «Платон был очень компетентным философом, который верил в облагораживающую ложь для публики»; «Давайте начнем с представления некоторых параллельных вселенных, сложенных в стопку, как колода карт, причем вся колода представляет собой мультивселенную».

В заключительной главе мы исследуем еще более широкие горизонты. Дойч предполагает, что его четыре нити вместе дают объяснение реальности. Четвертая ветвь — это знание, «которое кажется ограниченным понятием, пока мы не рассмотрим его с точки зрения мультивселенной». Считая себя существами, в первую очередь создающими знания, мы приветствовали бы неограниченный запас энергии и, следовательно, доступность огромного количества вычислительных шагов. Как этого добиться?

Здесь Дойч соприкасается с теорией «омега-точки» Фрэнка Типлера.Предполагается, что омега-точка является конечной точкой гравитационного коллапса после многих циклов. Концепция многих циклов не кажется такой уж надуманной, как я когда-то опасался. Непосредственно перед достижением конечной точки генерируемая энергия вполне может быть такой, что возможны «бесконечное количество обращений к памяти» и неограниченный объем памяти. Таким образом, мы можем продвигаться вперед к тому, что нам остается в будущем. Это огромная экстраполяция! Меня беспокоит то впечатление, которое он производит на здравомыслящих людей, не являющихся учеными.В жизни есть нечто большее, чем создание знания, на что также указал Дойч (несколько запоздало) в своем изложении.

Это очень стимулирующая книга, полная идей и побуждающая к большему усилию воображения; действительно, он приоткрывает завесу, разделяющую науку и научную фантастику. Некоторым аргументам трудно следовать, а некоторые кажутся совершенно неубедительными. Но они всегда бросаются в глаза.

Информация об авторе

Принадлежность

1. Департамент математики, Саутгемптонский университет, Саутгемптон, SO17 1NP, Великобритания

   Питер Т.Ландсберг

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Ландсберг, П. Карточный домик.
Nature 388, 136–137 (1997). https://doi.org/10.1038/40551

Ссылка для скачивания

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и принципы сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Двойная тень от регулярной фантомной черной дыры при взаимодействии фотонов с тензором Вейля

Давайте теперь кратко рассмотрим регулярную и статическую фантомную черную дыру, полученную Бронниковым и др.2 \ psi) -3 \ sin \ psi \ cos \ psi] \) соответственно. Здесь M — масса Шварцшильда, определяемая обычным образом, а b — положительная константа, связанная с зарядом фантомного скалярного поля. Наличие фантомных волос приводит к более богатым свойствам пространства-времени (2). Радиус горизонта событий \ (r_H \) находится в диапазоне \ (0 \ frac {3 \ pi M} {2} \), не существует никакого горизонта событий, поскольку значение \ (r_H \) становится отрицательным, а затем появляется горло, как в червоточинах.Таким образом, это правильное фантомное решение обладает свойствами как черных дыр, так и кротовых нор [64, 76]. Кроме того, показано, что при \ (0 b стремится к нулю, легко найти, что фантомное скалярное поле \ (\ Phi \) становится константой \ (\ frac {\ sqrt {2} \ pi} {2} \) и соответствующим потенциалом V приближается к нулю, что показывает, что действие превращается в обычное действие без какого-либо материального поля, а затем соответствующая метрика черной дыры (2) уменьшает метрику обычной черной дыры Шварцшильда.{\ mu \ nu \ rho \ sigma} F _ {\ mu \ nu} F _ {\ rho \ sigma}, \ end {align} $$

(4)

где \ (F _ {\ mu \ nu} \) и \ (\ alpha \) — обычный электромагнитный тензор и константа связи с размерностью квадрата длины, соответственно. В четырехмерном пространстве-времени с метрикой \ (g _ {\ mu \ nu} \) тензор Вейля \ (C _ {\ mu \ nu \ rho \ sigma} \) определяется как \ (C _ {\ mu \ nu \ rho \ sigma} = R _ {\ mu \ nu \ rho \ sigma} — (g _ {\ mu [\ rho} R _ {\ sigma] \ nu} -g _ {\ nu [\ rho} R _ {\ sigma] \ mu }) + \ frac {1} {3} R g _ {\ mu [\ rho} g _ {\ sigma] \ nu} \), где скобки вокруг индексов относятся к антисимметричной части. {33} k_3k_3).{33} k_3k_3) = 0, \ end {align} $$

(17)

, что означает, что вектор \ (a _ {\ mu} = \ lambda m _ {\ mu} \). Легко найти из уравнений. Согласно (16) и (17) влияние тензора Вейля на распространение фотонов различно для связанных фотонов с разной поляризацией, что приводит к явлению двойного лучепреломления. Более того, из условий светового конуса (16) и (17) следует, что движение связанных фотонов не геодезическое в исходной метрике (2).2 + 3Mr)}, \ end {align} $$

(20)

для фотона с поляризацией вдоль \ (m _ {\ mu} \) (PPM).

Для сферически-симметричной метрики (2) мы можем считать только то, что вся траектория фотона ограничена в экваториальной плоскости \ (\ theta = \ frac {\ pi} {2} \). Из-за существования циклических координат t и \ (\ phi \) в пространстве-времени (18) можно получить энергию E и угловой момент L связанного фотона следующим образом:

$$ \ begin {выровнено} E = A (r) \ dot {t}, \ quad L = C (r) W (r) ^ {- 1} \ dot {\ phi}, \ end {align} $$

(21)

где точка представляет собой производную по аффинному параметру \ (\ lambda \) вдоль геодезических.2} {C (r)} \ right]. \ end {align} $$

(22)

Внутренний радиус круговой орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) в экваториальной плоскости удовлетворяет условиям

$$ \ begin {align} W (r) [A ‘(r) C (r) — A (r) C ‘(r)] + A (r) C (r) W’ (r) = 0. \ Nonumber \\ \ end {align} $$

(23)

Здесь мы устанавливаем \ (E = 1 \). Изменения \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) с коэффициентом связи \ (\ alpha \) и фантомным зарядом b для PPL и PPM показаны на рис.1 и 2 соответственно.

Рис. 1

Изменение радиуса внутренней круговой орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) с константой связи \ (\ alpha \) в регулярном пространстве-времени фантомной черной дыры для фиксированного b . левый и правый предназначены для фотонов PPL и PPM соответственно. Здесь мы положили \ (2M = 1 \)

Рис. 2

Изменение радиуса внутренней круговой орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) с фантомным зарядом b в регулярном пространстве-времени фантомной черной дыры при фиксированном \ (\ alpha \). левый и правый предназначены для фотонов PPL и PPM соответственно. Здесь мы положили \ (2M = 1 \)

Показано, что с увеличением параметра связи \ (\ alpha \) радиус внутренней круговой орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) для различных b увеличивается для PPL и уменьшается для PPM, что составляет подобно тому, как это происходит в пространстве-времени черной дыры Шварцшильда. С увеличением фантомного заряда b , \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) для PPL увеличивается для отрицательного \ (\ alpha \) и уменьшается для положительного.В случае PPM замена \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) на b обратна таковому в PPL. Таким образом, радиус внутренней круговой орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) зависит от параметра связи \ (\ alpha \), фантомного заряда b и поляризации, которая сильно отличается от таковой в случай без связи, в котором внутренний круговой радиус орбиты \ (r _ {\ mathrm {ph}} \) не зависит от фантомного заряда b и поляризации фотона. 2}, \ end {align} $$

(9)

, где мы переопределили аффинный параметр \ (\ lambda \ rightarrow \ lambda / | L | \) и \ (b = \ frac {| L |} {E} \), который называется прицельным параметром.{‘} (r) = 0, \ end {align} $$

(12)

, где штрих \ (‘\) обозначает первую производную по радиальной координате r . Основываясь на этом уравнении, мы можем получить радиус \ (r_ {ph} \) и прицельный параметр \ (b_ {ph} \) для фотонной сферы, которые показаны вместе с размером горизонта событий \ (r _ + \ ) в таблице 1 для разных \ (\ alpha \). Из этой таблицы мы видим, что все три параметра, то есть \ (r_ {ph} \), \ (b_ {ph} \) и \ (r _ + \) уменьшаются по мере увеличения \ (\ alpha \).2 \), соответственно

Здесь мы хотели бы взять \ (\ alpha = — \, 5.5, 0.555 \) в качестве двух примеров с соответствующим эффективным потенциалом, изображенным на рис. 1. Мы видим, что на горизонте событий эффективный потенциал исчезает. Он увеличивается и достигает максимума на фотонной сфере, а затем уменьшается по мере продвижения светового луча наружу. Поскольку луч света движется в радиальном направлении внутрь, эффективный потенциал будет влиять на его траекторию. В Области 1 свет встречает потенциальный барьер, а затем отражается обратно во внешнем направлении.В Области 2, а именно \ (b = b_ {ph} \), свет будет асимптотически приближаться к фотонной сфере. Поскольку угловая скорость не равна нулю, она будет вращаться вокруг черной дыры бесконечно много раз. В Области 3 свет будет продолжать двигаться во внутреннем направлении, поскольку он не встречает потенциальный барьер. В конце концов, он войдет внутрь черной дыры через горизонт событий.

Рис. 2

Траектория светового луча для разных \ (\ alpha \) с \ (M = 1 \) в полярных координатах \ ((r, \ phi) \).Красная линия соответствует \ (b = b_ {ph} \), черная линия соответствует \ (b b_ {ph} \). 3}} \ right) \ right]}.2} +1 \ right)} \ Equiv G (u). \ end {align} $$

(14)

Из уравнения. (14) мы можем решить \ (\ phi \) относительно и . Используя ParametricPlot, ^{Footnote 2} , мы можем построить траекторию светового луча, которая показана на рис. 2. Черная, красная и зеленая линии соответствуют \ (b b_ {ph} \) соответственно. Как видно, в случае \ (b b_ {ph} \) луч света около черной дыры отражается обратно, что соответствует области 1 на рис. 1. А для случая \ (b b_ {ph} \), чтобы построить геодезическую, мы должны найти поворот точка, в которой луч света меняет свое радиальное направление. Точка поворота определяется уравнением \ (G (u) = 0 \), где G ( u ) было определено в уравнении.