hochk

Всем привет, это шестая часть обзора книги Стивена Хокинга «Кратчайшая история времени».

И сегодня мы будем пытаться понять, что же такое общая теория относительности и почему вблизи планет стрелки часов замедляются. Если тыкнуть на хокинга повыше, ещё и мультик покажут.

Общая теория относительности основана на революционном предположении что гравитация – это не обычная сила, а лишь следствие того что пространство-время не является плоским. В этой теории пространство-время искривляется любым помещённым в него предметом имеющим массу или энергию. И тела помещённые в такое пространство следуют не по круговым орбитам. Они следуют по особым линиям, которые называются геодезические. Это аналог прямых в искривлённых пространствах. Не пытайтесь сейчас это представить. Ибо мы вообразить такое не можем, наш разум ограничен тремя измерениями.

Мы можем лишь провести аналогию с двумерным искривлённым пространством. Обычная плоскость – это пример двумерного пространства. А поверхность земли – это двумерное искривлённое пространство. Примером геодезической линии на поверхности земли – является, например, экватор. Вообще в искривлённых пространствах, геодезическая линия – это такая линия, которая определяется как кратчайшее (или наоборот самое длинное) расстояние между двумя точками. Допустим, вы решили отправиться из Москвы в Магадан. Вы можете двинуться по компасу почти строго на восток и пройти расстояние примерно 6088 км, либо двинуться по искривлённому пути и пройти всего 5921 км. На плоской карте, как вы можете видеть, геодезическая линия практически соответствует полуокружности. Т.е. если представлять поверхность земли как плоскость, то нужно двигаться по сектору, но если посмотреть на этот же путь со сторону третьего измерения, то полуокружность превращается в линию.

В общей теории относительности тела всегда следуют по геодезическим линиям в четырехмерном пространстве-времени. В отсутствие материи эти прямые линии в четырехмерном пространстве-времени соответствуют прямым линиям в трехмерном пространстве. В присутствии материи четырехмерное пространство-время искажается, вызывая искривление траекторий тел в трехмерном пространстве.

Нечто подобное можно представить, если вообразить траекторию движения спутника пролетающего мимо планеты по прямой. Несмотря на то, что спутник двигается прямо, его проекция на поверхности планеты, будет двигаться по искривлённой траектории, напоминающей окружность.

Расхождения общей теории относительности с законами Ньютона хоть и очень малы, но всё же есть. Особенно они заметны для планет ближе всего расположенных к солнцу. В частности для меркурия. Практическое подтверждение этих расхождений, было одним из первых доказательств общей теории относительности, для Меркурия расхождения были замечены ещё в 1915 году.

Второе волшебное свойство, вытекающее из общей теории относительности – это отклонение траектории света от прямой линии, под действием гравитации. Лучи света, тоже вынуждены двигаться по геодезическим линиям.

Ну и самое невероятное предположение – замедление течения времени около массивных тел, например нашей планеты. Вспомним что Эйнштейн в 1905 году выдвинул постулат что все законы физики протекают одинаково, для всех свободно-движущихся наблюдателей. Грубо говоря, принцип эквивалентности, общей теории распространяет это правило и на тех наблюдателей, которые движутся не свободно, а под действием гравитационного поля. В рамках нашего ролика, отбросив сложности, можно сказать так: в достаточно малых областях пространства невозможно судить о том, пребываете ли вы в состоянии покоя в гравитационном поле или движетесь с постоянным ускорением в пустом пространстве.

Что это означает простыми словами. Представьте, что вы находитесь в лифте посреди пустоты. Лифт неподвижный, нет ни верха ни низа. Он просто висит в пустоте. И вот он начинает двигаться с постоянным ускорением. Вы ощущаете вес, одна из стенок лифта превращается в пол. И если вы уроните яблоко – оно упадёт на пол ровно так же, как если бы вы находились на земле. Эйнштейн понял, что, подобно тому как, находясь в вагоне поезда, вы не можете сказать, стоит он или равномерно движется, так и, пребывая внутри лифта, вы не в состоянии определить, перемещается ли он с постоянным ускорением или находится в однородном гравитационном поле. Результатом этого понимания и стал принцип эквивалентности.

Теперь мы готовы перейти к другому мысленному опыту. Представьте что мы находимся на борту огромной, летящей в космосе, ракеты. Для простоты вообразим, что ракета настолько большая, что свету требуется целая секунда, чтобы пересечь её сверху донизу. Ну и в ракете у нас будут два наблюдателя. Один в носу ракеты, другой в самом низу, у двигателей. У обоих наблюдателей есть совершенно одинаковые часы, ведущие отсчёт секунд.

Верхний наблюдатель, дождавшись тиканья часов часов, даёт сигнал нижнему наблюдателю, а спустя ровно секунду, ещё один. Нижний наблюдатель зарегистрирует эти сигналы с таким же интервалов времени, какой был у верхнего – одна секунда.

А теперь предположим, что наша ракета ускоряется. Поскольку корпус ракеты двигается вверх, то свету требуется пройти меньшее расстояние до низа ракеты, и второй наблюдатель получит сигнал раньше чем через секунду. Если бы ракета двигалась с постоянной скоростью, то и второй сигнал прибыл бы ровно настолько же раньше. Так что интервал между двумя сигналами остался бы равным одной секунде. Но в момент отправки второго сигнала благодаря ускорению ракета движется быстрее, чем в момент отправки первого, так что второй сигнал пройдет меньшее расстояние, чем первый, и затратит еще меньше времени. Наблюдатель внизу, сверившись со своими часами, зафиксирует, что интервал между сигналами меньше одной секунды, и не согласится с верхним наблюдателем, который утверждает, что посылал сигналы точно через секунду.

Именно этот принцип и лежит в основе изменения хода часов у разных наблюдателей при ускоренном движении.

В случае с ускоряющейся ракетой этот эффект, вероятно, не должен особенно удивлять. В конце концов, мы только что его объяснили! Но вспомните: принцип эквивалентности говорит, что то же самое имеет место, когда ракета покоится в гравитационном поле. Следовательно, даже если ракета не ускоряется, а, например, стоит на стартовой площадке на поверхности Земли, сигналы, посланные верхним наблюдателем с интервалом в секунду (согласно его часам), будут приходить к нижнему наблюдателю с меньшим интервалом (по его часам). Вот это действительно удивительно!

Подобно тому как специальная теория относительности говорит нам, что время идет по-разному для наблюдателей, движущихся друг относительно друга (об этом можешь почитать в предыдущем посте/посту), общая теория относительности объявляет, что ход времени различен для наблюдателей, находящихся в разных гравитационных полях. Согласно общей теории относительности нижний наблюдатель регистрирует более короткий интервал между сигналами, потому что у поверхности Земли время течет медленнее, поскольку здесь сильнее гравитация. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения в пространстве. Теория относительности, как мы видим, поставила крест на абсолютном времени.

Кстати для нас - людей тоже верен данный принцип. Он известен как парадокс близнецов. Если один из близнецов живёт на вершине горы, а второй у подножия, то первый будет стареть немного быстрее второго. Потому что для второго близнеца, гравитационное поле немного сильнее, а следовательно время течёт медленнее. На нашей планете, это расхождение ничтожно мало, но оно существенно увеличится, если один из близнецов отправится в долгое путешествие на космическом корабле, который разгоняется до скорости, близкой к световой. Когда странник возвратится, он будет намного моложе брата, оставшегося на Земле.

До 1915 года, люди воспринимали время как нечто абсолютное и не изменяемое, но Эйнштейн перевернул всё с ног на голову. Время стало вдруг динамической переменной, которое может меняться в зависимости от наших действий. Пространство и время не только влияют на все, что случается во Вселенной, но и сами от всего этого зависят. За сто лет прошедших со времени открытия общей теории относительности человечество радикальным образом пересмотрело свои взгляды на картину мироздания. Как именно ты узнаешь в следующих роликах.

Всем привет. Это обзор пятой главы книги Стивена Хокинга «Кратчайшая история времени», в которой мы попытаемся разобраться с такой, казалось бы, сложной вещью как теория относительности, и понять что это такое. Если ткнуть на Альберта вверху, то покажут мультик.

Для начала, поговорим о скорости света. Ещё до трудов Ньютона датский астроном Оли Рёмер, наблюдал за спутниками Юпитера. Он заметил, что периоды их исчезновения и появления за планетой происходят с разными интервалами времени. Такое явление Рёмер объяснил конечностью скорости света и вот почему. Если скорость света бесконечна, то появление спутников происходило бы через строго определённые промежутки времени, ровно в тот момент когда они происходят на юпитере, мы бы видели их и на земле. Но предположим, что свет движется с некой скоростью, тогда мы увидим затмение спутника спустя некоторый промежуток времени, ровно такой, сколько свету потребуется для преодоления расстояние от Юпитера до земли. Становится понятно что это время будет тем меньше чем меньше расстояние от Земли до Юпитера и наоборот. Расстояние между планетами не постоянно, а изменяется во время вращения планет по орбитам. Теперь пазл сложился. Если во время измерений периодов между затенениями спутников Юпитера, расстояние между Юпитером и Землёй уменьшаются, то затмения будут длится меньше времени, а если Земля и Юпитер будут удаляться друг от друга, то затмения будут длится дольше. Рёмер даже смог измерить скорость света на основании изменений длительности затмений и их фаз. У него получилось значение 225 тысяч километров в секунду. Это отличается от современного значения 300 тыс километров в секунду меньше чем на треть. Если учесть что свои работы Рёмер проводил за 11 лет до публикаций Ньютона, то поражаешься насколько он был крут.

Ещё долгих 200 лет не было толком ни какой теории распространения света, до явления гения Максвелла, который смог объединить две обособленных до того теории электрических и магнитных сил (есть байка что сделал он это на экзамене, когда препод осознано добавил нерешаемую задачу на экзамене, чтобы выяснить кто из студентов не ходил на пары. Это не Хокинг сказал, это уже моё собственное дополнение). Уравнения Максвелла предсказывали наличие некого волнообразного возмущения сущности, которое сам он назвал электромагнитным полем. Эти возмущения должны были иметь постоянную скорость и, вычислив её Максвелл обнаружил что она в точности совпадает со скоростью света!

Сегодня мы знаем, что возмущения Максвелла – это обычный свет. А значит, из теории Максвелла следует, что свет распространяется с конечной скоростью. Но это никак не идёт в лад с физикой Ньютона и с тем что нет никакого абсолютного пространства от которого можно мерить скорость. Давайте представим что вы играете в настольный теннис в вагоне движущегося поезда. Вагон двигается со скоростью 90 км в час, а мячик вы подаёте со скоростью 10 км в час. Для вас скорость мячика 10 км, для наблюдателя на земле 100 км. Так как же определить скорость мяча? Относительно земли? Относительно поезда? Нельзя на этот вопрос ответить без абсолютного стандарта покоя. А его вроде нет, как показал Ньютон. То же самое можно и нужно говорить про скорость света. Какой смысл несёт в себе утверждение теории Максвелла о том что свет распространяется с конечной скоростью?

Изначально научный мир хотел всю вселенную наполнить неким неподвижным эфиром. Такой штукой которая расползлась по всему бытию и именно в ней распространяется свет. Нам сейчас это кажется ересью, но эфир долго, хоть и безуспешно искали многие великие умы прошлого и позапрошлого века. Например Альберт Майкельсон (в последствии первый нобелевский лауреат Америки по физики), пытался измерить скорость света вдоль и поперёк вращения Земли вокруг солнца. Если положить что солнце неподвижно относительно эфира, и зная что земля крутиться вокруг него со скорость примерно 30 км в секунду. То получается, что свет должен иметь разные относительные скорости по направлению движения планеты, и по направлению к солнцу. Но сколько ни меряли физики, всё равно получалась одинаковая скорость света. Примерно 300 тыс. км в секунду.

Всё изменилось с появлением в научном мире сотрудника патентного бюро, совершено не известного ранее. И вы конечно догадались что речь об Эйнштейне. Именно он первым предложил отказать от идеи абсолютного времени, и из его выкладок эфир отпадал сам собой.

Фундаментальный постулат Эйнштейна, именуемый принципом относительности, гласит, что все законы физики должны быть одинаковыми для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости. Это было верно для законов движения Ньютона, но теперь Эйнштейн распространил эту идею также и на теорию Максвелла. Другими словами, раз теория Максвелла объявляет скорость света постоянной, то любой свободно движущийся наблюдатель должен фиксировать одно и то же значение скорости света независимо от скорости, с которой он приближается к источнику света или удаляется от него. Конечно, эта простая идея объяснила — без привлечения эфира или иной привилегированной системы отсчета — смысл появления скорости света в уравнениях Максвелла, однако из нее также вытекал ряд удивительных следствий, которые зачастую противоречили интуиции.

Самое удивительное, это то что два наблюдателя должны по разному оценивать время одного и того же события. На этом поподробней, ибо это и есть относительность.

Представим что вы опять внутри этого абстрактного вагона. Вагон двигается со скоростью 100 км в час. Ровно посередине вагона имеется источник света. Наблюдатель внутри вагона измеряет расстояние которое проходит свет, от источника до стенки вагона А. Тут и мерить нечего, оно будет равно ровно половине вагона. А теперь давайте измерим расстояние пройденное светом для наблюдателя на перроне. Так как вагон двигался, то стенка А передвинулась и свету нужно пройти немного большее расстояние. Величина смещения стенки будет равна скорости вагона умноженной на время, за которое свет доберётся от источника до неё. Положим что длина вагона равна L, а за время пока свет блуждает по вагону, последний успел проехать dX метров. Выходит что для первого наблюдателя свет преодолел расстояние в S1= L/2 метров (половину от длинны вагона), а для наблюдателя на перроне S2 = L/2+dX метров. Всё приехали. Скорость определяется очень простой формулой V=S/t. Где S – расстояние, а t – время. Скорость в этом случае 300 тыс. км в секунду, она всегда постоянна. Получаем что S1/t = S2/t. И если S1≠S2, то t должны быть неравны друг другу.

Последний абзац и есть объяснение теории относительности на пальцах. Каждый из нас живёт в своём мире со своим собственным блэк-джеком и временем. Понять это нелегко, даже сообществу физиков понадобились годы чтобы принять теорию относительности.

Другое интересное следствие теории относительности всем известная формула E=mc2 (не знаю как запихать текст наверх, там двоечка должна быть не просто сбоку, а в квадрате). Где Е – энергия, m-масса, ну а с - скорость света. Ввиду эквивалентности энергии и массы кинетическая энергия, которой материальный объект обладает в силу своего движения, увеличивает его массу. Иными словами, объект становится труднее разгонять. (Моё мнение отличается от мнения Хокинга, я даже обязательно расскажу почему. Но кто я такой, чтобы с ним спорить).

По мере приближения любого тела к скорости света, его масса увеличивается и для того чтобы придать ему хоть какое то ускорение, требуется всё большая энергия. Согласно теории относительности объект никогда не сможет достичь скорости света, поскольку в данном случае его масса стала бы бесконечной, а в силу эквивалентности массы и энергии для этого потребовалась бы бесконечная энергия. Вот почему теория относительности навсегда обрекает любое обычное тело двигаться со скоростью, меньшей скорости света. Прощай Андромеда, ведь даже если мы научимся разгонять корабли бороздящие просторы большого театра да скорости света, то лететь туда чуть более 2,5 миллиона лет! 2,5 миллиона лет на предельной во вселенной скорости.

Теория выдвинутая Эйнштейном в 1905 году, называется специальной, или частной. Однако в некоторых местах она шла в разрез с теорией Ньютона. Ну например гравитация должна распространяться с бесконечной скоростью. Начиная с 1908 года, Эйнштейн пытается перепрыгнуть через голову, и придумать ещё более крутую теорию. За семь с лишним лет он делает множество неудачных попыток, пока в 1915 не выдвигает ещё более невероятную и непонятную теорию – венец современной науки – общую теорию относительности.

О ней и многом другом в следующих постах.

З.Ы. Довольно интересный момент о увеличении массы при приближение тела к скорости света. С линейными размерами всё довольно просто. Скорость увеличивается - размеры вдоль направления движения уменьшаются. Но с массой всё сложнее. Дело в том что массу, в отличии от направления, нельзя померить вдоль или поперёк движения. Не может мешок картошки вдоль весить 30 кг, а поперёк 500. В научном мере, есть немалое количество физиков, которые считают увеличение массы при приближении тела к скорости света неверной штукой, и не обязательной. Есть и другие способы объяснить недостижимость скорости света. Её кстати не отменяет ни одна из трактовок. Ну кроме экзотических кротовых нор и прочего.

Всем привет, продолжаем грызть фундамент физики вместе со Стивеном Хокингом.

Суть научных теорий и вселенная Ньютона.

Прошлый пост мы закончили тем, что естественные границы Птолемея разрушились, и людям нужно было искать новые, или убедится в их отсутствии. И делать это нужно было при помощи научных теорий. Давайте разберём что же это такое.

Научная теория – модель вселенной или некой её части, а так же наборы правил, которые помогают соотнести абстрактные величины и практические наблюдения. Любая теория хороша, если она удовлетворяет двум требованиям:

1. Точно описывает большой класс наблюдений, включая при этом в себя мало начальных произвольных переменных.

2. Предсказывает результаты будущих наблюдений.

Например, Аристотель верил в теорию Эмпидокла, которая гласила что всё сущее состоит из 4-х основных элементов земли, воды, воздуха и огня. Достаточно простая теория, однако не имеющая никакой предсказательной силы. Закон всемирного тяготения Ньютона основывается на ещё более простой модели, что тела притягиваются прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояний между ними. Но в отличии от стихийной теории, способен предсказать движения Солнца, луны и планет.

Чем больше наблюдений доказывают теорию, тем больше к ней доверие. И единственное наблюдение не согласующееся с теорией способно её опровергнуть.

Довольно часто новая теория вытекает из предыдущей. Например, общая теория относительности Эйнштейна дополняет и расширяет законы Ньютона. Кстати на практике при расчетах траекторий планет, до сих пор используют законы Ньютона, а не теории относительности. Расхождение очень невелики, а с законами Ньютона легче работать.

Конечной целью современной науки является изобрести такую теорию, которая могла бы описать всю вселенную. На данный момент на практике эта задача разбивается на две. Первая – придумать законы описывающие как вселенная изменяется со временем. Вторая – описать начальное состояние вселенной. Некоторые учёные считают, что вторую часть вообще нельзя описать, творец создал вселенную по своему разумению и нечего туда лезть.

Но даже с первой частью много проблем. Крайне трудно оказалось махом придумать теорию всего. Потому на практике теорию бьют на части, каждая из которых описывает свою область, и не обращает внимания на остальные. Например, законы Ньютона работают не взирая на процессы протекающие внутри звёзд.

Сегодня вселенная описывается в двух основных частных теориях. Общая теория относительности и квантовая механика. Первая описывает действие гравитации и крупномасштабную структуру вселенной. Квантовая механика напротив, имеет дело с очень маленькими частицами. Одной из главных задач физики на сегодняшний день поиск новой теории, которая могла бы объединить нынешние две – теории квантовой гравитации. И если вселенная не хаотична, то должен быть способ это сделать. Создать теорию, которая могла бы описать всё во вселенной.

Стоит отметить, что частные теории, которыми человечество располагает уже сегодня, довольно точно могут описать практически любое событие (за исключением самых экстремальных). Так что возможно открытие единой завершённой теории вселенной, ни как не повлияет на нашу жизнь.

Сегодня в вопросах движения тел, мы опираемся на труды Ньютона и Галилея, до этого верным считалось учение Аристотеля. Главное отличие было в том, что Аристотель считал состояние покоя естественным состоянием тела, а движение возможно только под действием силы или импульса. Из этого, например, следовало, что тяжёлое тело должно быстрее падать на землю, нежели лёгкое ведь оно сильнее притягивается к земле. Галилей для опровержения этого скатывал шары по наклонной плоскости. И шары разной массы, скатывались с одинаковой скоростью и ускорением. Например, если вы пустите шар по наклонной плоскости, которая понижается на один метр каждые десять метров, то независимо от массы через секунду он будет двигаться со скоростью примерно один метр в секунду, через две секунды — два метра в секунду и так далее.

Ньютон положил опыты Галилея в основу своих законов движения. Так же он сказал, что если на движущееся тело не действуют силы, то его скорость будет неизменной. Эта мысль впервые появилась в трудах Ньютона и известна как первый закон Ньютона.

Поведение тела под действием силы описывается вторым законом. Согласно ему тело будет ускоряться (или замедляться). Кроме того ускорение тела будет тем больше, чем меньше его масса и наоборот. Наверное всем нам известно, что автомобиль с более мощным двигателям способен набрать скорость быстрее, а при одинаковой мощности двигателя, быстрее разгоняться будет автомобиль которые весит легче.

Законы Ньютона, показав, что состояние покоя ни чем не примечательно и не отличается от состояние движения, показали и ещё одну замечательную вещь. Нет никакого уникального состояние покоя. И нельзя сказать определённо тело А движется относительно покоящегося тела Б, или тело А находится в состоянии покоя, а Б движется относительно него.

Для доказательства этого представьте что вы находитесь в закрытом вагоне и не знаете, движется ли вагон по идеально гладкой дороге не поворачивая или стоит на перроне. Все опыты проделанные внутри вагона будут протекать точно так же как опыты на «неподвижной» земле. И если, находясь внутри вагона, вы играете в пинг-понг, при разных скоростях поезда относительно Земли — 0,50 или 120 километров в час — шарик всегда будет вести себя одинаково. Так устроен мир, что и отражено в уравнениях законов Ньютона: не существует способа узнать, что движется — поезд или Земля. Понятие движения имеет смысл, только если оно задано относительно других объектов.

Отсутствие некоего абсолютного пространства имеет в физике далеко идущие последствия. Например, одно и тоже событие разными наблюдателями трактуется по-разному. Для примера возьмём всё тот же поезд, который двигается по идеальному полотну. Как мы уже знаем человек внутри и снаружи на перроне, абсолютно равнозначны. Первый экспериментатор, внутри вагона бросает шарик для пинг-понга на стол и смотрит, как он упадёт, отскочит, и упадёт вновь. Для него шарик падает ровно в то же самое место. Для наблюдателя который находится на перроне, расстояние между двумя падениями, будет завесить от скорости поезда. Если поезд двигается со скоростью 60 км в час, и шарик отскакивает за одну секунду, то расстояние между двумя ударами будет порядка 17-ти метров.

Но Ньютон попался на ту же удочку, на которую ранее попался Кеплер, он свято верил в Бога и совершенство бытия. Не мог Бог создать вселенную без абсолютного пространства, не смотря на то что все его законы подразумевали это.

Гораздо более фундаментально и для Ньютона и Аристотеля была абсолютность времени. Т.е то что интервал времени между двумя событиями постоянно будет один и тот же, вне зависимости от того кто и при каких обстоятельствах измеряет время. Главное чтобы часы были точные. Тем не менее в двадцатом столетии физики были вынуждены пересмотреть представления о времени и пространстве. Как мы убедимся в далее, ученые обнаружили, что интервал времени между двумя событиями, подобно расстоянию между отскоками теннисного шарика, зависит от наблюдателя. Физики также открыли, что время не является совершенно независимым от пространства.

Об этом и многом другом в следующих постах.

Всем привет, эта серия роликов будет посвящена книгам Стивена Хокинга. В частности его книге «Кратчайшая история времени». Если вам лень читать книгу целиком, но всё же интересно узнать о чём она, то этот пост как раз для вас, а если вам и читать лень, то просто посмотрите ролик)))

Глава первая и вторая. Развитие картины мира.

Ни для кого не секрет что современная наука считает землю почти что шаром, который, вместе с луной вращается вокруг солнца. Но многие до сих пор свято верят, что земля это диск. Давайте попробует отбросить всё что мы знаем о земле и представить себя на месте древних греков. Именно они первыми смекнули, что земля имеет сферическую форму. Ещё Аристотель заметил что тень от земли во время лунного затмения всегда круглая, а если бы земля была диском, то при разных углах наклона относительно солнца, она могла бы оставлять на луне не только идеально круглую тень, но и тень в форме эллипса.

Второе доказательство, которое заметили греки, любят тыкать куда угодно, и вы его, конечно, знаете, это корабль плывущий издалека. При плоской земле, мы бы сперва видели махонький кораблик у самого горизонта, который постепенно бы увеличивался. В реальности мы видим мачту поднимающуюся из-за горизонта.

Видимо оттого что грекам по ночам не чем было заняться, они постоянно смотрели на небо и заметили, что не все светила там ведут себя одинаково. Некоторые светила двигались, словно были прибиты к небесному потолку, а некоторые двигались совершенно непонятным образом. Порой даже против движения других – с запада на восток. Эти странные светила греки назвали планетами, что на греческом значит блуждающий.

В своём видении мира греки знали о луне, солнце, пяти планетах и конечно о далёких звёздах. Вкупе это дало 8 сфер. В центре разумеется неподвижная земля. Именно такую модель строения вселенной предложил во втором веке нашей эры другой греческий учёный – Птолемей. Его модель достаточно хорошо предсказывала положение светил на небе. Более того она была принята церковью, потому что оставляла много места за пределами 8-й сферы для рая и ада.

Затем про Птолемея как то забыли, и даже Колумб считал, что земля плоская. Но в 1514 году Коперник вновь заговорил о круглой земле, и о том что не всё крутится вокруг земли. А вообще все планеты, включая землю, вращаются вокруг солнца. Над ним посмеялись и забыли. А вспомнили только через 100 лет, когда Галилей изобрёл телескоп и посмотрел на Юпитер. Там он заметил спутники, которые вращались вокруг него. И тут уже вопросов не осталось. Действительно, не всё во вселенной крутилось вокруг земли. В то же время Кеплер развил теорию Коперника, предположив, что планеты вращаются не по круговым орбитам, а по эллиптическим. И это предположение в точности совпало с наблюдениями. Два этих открытия нанесли смертельный удар по Птоломеевской модели.

Стоит отметить, что Кеплер свято верил в церковь и идеальность мира. И считал своё дополнение об эллиптических орбитах просто математической уловкой. Ведь сфера – это совершенная траектория, а природа устроена совершенным образом, а не каким-то там эллиптическим. Так же Кеплер не знал, какие именно силы заставляют планеты двигаться вокруг солнца, и предположил некие магнитные силы.

Всё разложил по полочкам сэр Исаак Ньютон в 1687-м году, в наверно самом значительном из когда либо созданных физических трудов – «математические начала натуральной философии». В этой работе Ньютон вводит закон, согласно которому тело остаётся в покое, пока этот покой не нарушит какая либо сила. Вводит понятия гравитации, как силы действующей на планеты, разрабатывает математический аппарат, решает математические уравнения, и уже точно доказывает что планеты на самом деле двигаются по эллиптическим орбитам – в точности с предположением Кеплера.

Ньютон провозгласил, что гравитация действует и на планеты и на яблоки, и впервые за историю человечества траектория планет описывалась теми же законами, что и предметы на земле. Это было начало современной физики и астрономии.

Границы вселенной сразу же разъехались куда то очень далеко. Естественные границы Птолемея в виде 8-й сферы разрушились. Теперь выяснилось что далёкие светила, скорее всего такие же звёзды как и наше солнце, только где то очень далеко. И выяснилось что и наше солнце, и наша земля, это не центр вселенной, а скорее всего рядовые объекты, коих бесчисленное множество.

Продолжение будет.

Всем привет. Наверняка многие из вас, даже не имея отношения к химии, хоть раз да слышали такой термин как «благородные газы». Давайте выясним, почему они так называются и что в этих газах такого благородного.

К этим газам относят гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Ну и Оганесон (его открыли совсем недавно, и свойства почти не изучили). Если мы посмотрим на таблицу Менделеева, то совсем не сложно заметить, что все эти газы расположены по правому краю периодической таблицы.

Дмитрий Иванович построил свою таблицу по количеству электронов на внешней энергетической орбитали. В каждом периоде атомы заполняют орбиталь, начиная от самого левого, и заканчивая самым правым. А это значит, что каждый последний элемент в периоде будет иметь полностью завершённую энергетическую орбиталь. Как раз такими элементами и являются благородные газы.

Если вы читали мой пост «почему атомы взаимодействуют между собой», то знаете, что именно незавершённая орбиталь заставляет атом искать совершенства и взаимодействовать с другими. А благородные газы и так совершенны. Они настолько крутые, что не взаимодействуют ни с кем, даже сами с собой.

Долгое время считалось, что благородные газы вообще не способны к химическим реакциям, но особо рьяные химики создали экстремальные условия, для того, чтобы заставить их хоть как-то проявлять свою активность, а ксенон так и вообще способен вступать в реакции даже при нормальных условиях.

Итак, благородными газами называют такие газы, которые практически никогда не вступают в хим. реакции благодаря полностью завершённой энергетической орбитали.

Благородные газы ещё называют инертными. В значении неизменный. Вспомним, что, например, в физике инерция – это явление сохранения скорости.

Первый по порядку благородный газ – гелий, он занимает второе место по распространённости во вселенной. Но из-за своей летучести он улетел с нашей планеты ещё на ранних стадиях её развития и потому сейчас довольно редкий. А было бы его побольше, может, и история авиации двигалась бы совсем по другому пути. Дело в том, что дирижабли на заре своего строения заполнялись крайне взрывоопасным водородом и горели как… как баллоны с водородом. Гелий так же является газом легче воздуха, но не проявляет никакой химической активности. Говоря проще, он не горит и является идеальным наполнителем для дирижаблей. Быть может, когда гелий научатся добывать в больших количествах, наша авиация вновь пересмотрит своё отношение к этим воздушным левиафанам.

Всем привет, мой прошлый пост о сообщении в прошлое вызвал неожиданный для меня резонанс и даже вышел контр пост о том, что мой пост фейк.

Давайте вместе разложим всё по полочкам. И на этот раз с пруфами и ссылочками.

Итак начнём с самого начала, В чем собственно парадокс и как на это реагирует современная наука.

Для начала несколько слов о крайне невероятной, но вполне доказанной особенности микрочастиц. О том что если частица не обменивается информацией с миром, то она не в полной мере реализуется в физической вселенной. Что это значит. Изначально любая частица микромира, когда на неё никто не смотрит, или ни коим другим образом не детектирует её местоположение, словно размазана в некой области. Эта область превышает размер самой частицы. И если мы посмотрим на частицу (или любым другим образом продетектируем её), то она определится со своим местоположением в этой области (сколлапсирует). Само это уже разрывает мозг, но есть ещё более мозго-взрывающая особенность. Итак, частица может быть в двух состояниях – размазанное пятно и вполне обычная частичка. И эти две ипостаси проявляют различные физические свойства! Например, пятно может пролететь сквозь две дырки одновременно, а частица нет.

Ну и конечно свойство, которое наделяет человека своим сознанием изменять физическую реальность – обмен информацией с окружающим миром (хотя стоит заметить что сознание человека не уникально в этом опыте). Если частица обменивается информацией с кем то или чем то кто может эту информацию зарегистрировать, то она перестаёт быть пятном и реализуется в случайном месте из этого пятна. Как я уже говорил в прошлой статье доказательство этого предоставил Антон Цайлингер в 2004 году. Вот вам пара кажущихся научной фантастикой цитат касательно его работы:

«С учётом сказанного, приходится признать, что до взаимодействия с пролётным детектором электрон находится в нелокальном состоянии и не существует в обычном смысле слова (т. е. в пространстве и времени) как объект классической реальности»

Ну с этой цитатой все понятно. А вот вторая:

«Опыт свидетельствует о том, что когерентная квантовая суперпозиция разрушается не из-за неконтролируемого возмущающего воздействия макроскопического прибора на микрообъект, как утверждается многими авторами, а благодаря информационному обмену между подсистемами — в опыте Цайлингера между молекулой фуллерена и окружающей средой»

Эту цитату немного переведём на человеческий. Частица из размазанного пятна превращается в обычную частичку, не потому что на неё влияют измерительные приборы, а потому что она каким либо образом обменялась информацией с миром. Ну в общем её пронаблюдали. Вот пруф №1

И на этом месте конечно нельзя не упомянуть о многомировой интерпретации квантовой механики или интерпретации Эверетта. Если говорить человеческим языком, то суть её в том что вселенная разделяется на несколько (быть может на бесконечно) параллельных вселенных, в каждой из которых частица при коллапсе обнаруживается в собственной области. Считается кстати, что Антон провел опыт доказывающий существование параллельным миров. Теперь цитата самого Антона:

«Многомировая интерпретация квантовой механики предсказывает образование различных параллельных миров в результате квантово-механических измерений. Общение между этими параллельными мирами экспериментально исключило бы альтернативы этой интерпретации. Описана процедура" межмирового " обмена информацией и энергией, использующая только современное квантово-оптическое оборудование…» Ну и далее много букв описывающих что именно было сделано. Пруф №2.

Снова небольшая ремарка по поводу того как именно был проведён опыт, в прошлом моём посту, было сказано что нагревались отдельные молекулы. И это породило ряд вопросов. Если температура – это мера средней кинетической энергии частицы, то как можно говорить о температуре одной молекулы? Дело в том, что крупная молекула фуллерена (которая и применялась в опытах Цайлингера), состоит из атомов вокруг которых вращаются электроны. Поглощая фотон такая молекула как бы заряжает один из своих 420-ти электронов. Говоря по науке, электрон переходит на более высокий энергетический уровень, или переходит в возбуждённое состояние. Т.е. внутренняя температура молекулы повышается. А потом этот возбужденный электрон может спонтанно охладится. Т.е. испустить фотон при этом он вернётся на привычную для себя энергетическую орбиталь в атоме. Пруф.

Но мы не об этом, мы о банальном сообщении в прошлое. Итак мы с вами знаем что если за частицей никто не подглядывает, то она и не частица. Она пока решается ею стать. И вопреки законам физики может творить всякие непотребства. Самое простое от чего может улететь кукушка, это пролететь сквозь две дырки махом. А показать это может всё тот же двухщелевой эксперимент. Конечно, стоит ещё раз освежить память взглянув на прошлый пост. Если коротко, то частицы пролетая сквозь экран с двумя прорезями создают одну картинку на регистрирующем экране, а непонятное пятно, которое только планирует стать частицей, пролетая сквозь те же две прорези создают другую картину. У многих с прошлого поста возник вопрос о том что за картинки и как одна частица может создать картинку. Давайте разбираться.

С частицами всё очень просто, для того чтобы представить как они пролетают сквозь прорезь и что за картинка, просто представьте коробку с песком внизу у которой обычная дырка ну или прорезь. Песчинки под действием силы тяжести сыплются сквозь эту прорезь, а внизу мы поставим тазик, у которого будет множество отделений. Ну а после мы просто посчитаем количество песчинок в каждом отделении. На основании этого количества мы построим график. Вот и всё, получим горку и в тазике и на графике.

Ровно тоже самое если прорезь в коробке будет не одна, а две. В зависимости от расположения прорезей и их размера, внизу в тазике будут немного разные картинки. Если прорези очень близко друг к другу, то получится почти такая же горка, как и с одной прорезью. А если дырки будут далеко друг от друга, то две горки. Конечно, если в ящике будет одна частица, то никакой горки мы не получим. Но на основании предыдущих опытов, мы можем сказать в какое отделение тазика, наиболее вероятно одинокая песчинка упадёт. Сложнее если сквозь прорези пролетает облако вероятности (наше размазанное пятно). Тут уже никакой ящик с песком не поможет в визуализации, и представить такое крайне трудно, если вообще возможно. Но невозможность представить не говорит о невозможности описать формулами. Есть строгие формулы, которые описывают локальные максимумы и минимумы на картинке, которую создают пролетающие сквозь две дырки фотоны. Давайте теперь стрелять либо фотонами, либо размазанным пятном, результат одинаковый. Фотон пролетает сквозь экран с двумя прорезями и врезается в результирующий. Область в которую он врезался мы пометим. Затем стрельнем ещё фотоном, и вновь пометим область. И так очень много раз. Затем построим график зависимости где по оси Х у нас будет просто расстояние от начала экрана до конца, а по оси Y количество фотонов попавших в данный участок. Если фотонов будет много, то график будет не в виде горки, или двух, а в виде причудливой картинки из одной центральной горки, а потом нескольких маленьких по бокам. Это и называется интерференция.

Разумеется, это всего лишь её практическое проявление, само явление интерференции – это когда волны складываются друг с другом. Опять же как узнать интерференция или нет, если стрельнули только одним фотоном. А никак! Мы можем только примерно сказать это частица или пятно. Посмотрите внимательно. При интерференции есть области вблизи центральной горки в которые фотоны почти не попадают. В этом месте будет темное пятно, его наличие и местоположение можно точно определить формулой. Пруф №3.

Ровно для этой же области регистрирующего экрана, но при стрельбе частицами никакой впадины не будет. Напротив вероятность попадания частицы в эту область будет довольно высока (так как она недалеко от центра). То же самое для локальных максимумов большого порядка. При интерференции есть определённая вероятность попадания фотоном в область локального максимума с края экрана, но вот частицы туда попадают крайне неохотно, если вообще попадают. Область просто далековата от дырок.

Всё вышесказанное означает, что даже если мы стреляем одиночной фигнёй (фигня – это строго научный термин, который означает что мы не знаем частица это или размазанное пятно проявляющие волновые свойства), то существуют области на экране при попадании в которые можно с определённой долей уверенности говорить что фигня – это частица, или же наоборот говорить что фигня – это действительно фигня в виде неопределившегося размазанного пятна (т.е. нечто проявляющее пока что волновые свойства).

Более того мы можем искусственно менять параметры изначальной фигни, чтобы максимизировать знания о картине полученные только в результате одного выстрела. Ибо частица и размазанное пятно ведут себя по разным законам физики и, например, если мы будем уменьшать расстояние между щелями, это будет увеличивать вероятность для размазанного пятна попадания его в край экрана, а для частиц наоборот уменьшать. Пруф №4.

Итак, теперь мы знаем что частица, ведёт себя совершенно странно пока на неё не посмотрят, и плевала на законы физики, точнее на классические законы. Летает сквозь две дырки и хоть трава не расти. Но учёным жуть до чего интересно было посмотреть сквозь какую же дырку она пролетает. И они всячески начали модернизировать двухщелевой эксперимент. Для начала они решили вот как надурить частицу. Регистрирующий экран мы делаем из особого материала, который может по нашему желанию становится прозрачным. И делает он это моментально (очень быстро), а за экраном ставим два телескопа, каждый из которых направлен на свою щель. Стреляем фотоном сквозь две прорези, после того как фотон пролетел сквозь две щёлки мы делаем регистрирующий экран прозрачным, и по идее можем заметить фотон либо в одном либо в другом телескопе. Что тут интересного. А вот что. Фотон проявляя исключительно волновые свойства в классическом опыте Юнга будет вести себя как волна и может попасть в некую область пространства миную телескопы. Частица не может, ибо она подчинена классическим законам. Пролетая сквозь щёлочки фотон уже должен определится частица он или пятно, но мы свой выбор можем сделать позже. И как мы знаем фотон в опыте Юнга это только волна, но если мы сменили свой выбор и вместо экрана поставили телескопы, то фотон резко становится частицей. И уверено попадает в один из телескопов. При чем делает он это настолько резко, что даже немного в прошлом!

Ещё раз, после того как фотон пролетел сквозь щёлку он вроде должен определится с тем кто он – размазанное пятно или частица. Но мы можем сделать этот выбор вместо него уже ПОСЛЕ того как он пролетел сквозь прорези. Причем сделать это можно ни в микроскопических масштабах времени, но и в значительных. Например, использую свет от звёзд, который должен был сделать свой выбор тысячи лет назад. Пруф №5

Кстати, я немного упростил установку для наилучшего понимания процессов. С различными установками вы можете ознакомиться самостоятельно.

И вот, наконец, мы можем подойти к установке для отправки сообщений в прошлое. Для того чтобы её построить мы должны применить все наши знания из того что я сказал выше, а так же немного с прошлого поста. Мы снова поменяем всё немного в опыте Юнга, и станем стрелять фотонами, производить с ними спонтанное параметрическое рассеяние, квантово запутывать и распутывать. В общем, заниматься совершенно привычными для нас с вами вещими которыми мы занимались в прошлой статье. Для тех кому лень читать прошлый пост напомню. Что после прохождения сквозь щели, фотон разделяется на два с пониженной частотой. Один летит в ближний регистрирующий экран D0, второй, его фотон-близнец (его ещё называют ленивым фотоном), отправляется через систему зеркал либо на датчики D3 или D4, которые точно могут сказать, сквозь какую щель пролетел фотон. Либо с вероятностью 50% пролетев сквозь полупрозрачное зеркало могут попасть на обезличенные датчики D1 или D2. В первом случае картинка на D0 будет как горка (или две горки), для классического распределения частиц, во втором – интерференция.

Мы стреляем фотоном и на экране D0 видим его след примерно в центре, нас это не устраивает, по теории вероятности это примерно равновероятное событие и для интерференции и для классической картины. Мы хотим выбрать такой фотон, который наиболее вероятно будет соответствовать только одной из картин. Стрельнули тысячу раз. Всё в центр, не беда, будем стрелять миллион, миллиард раз. Благо стрелять мы можем очень быстро, даже электронно-лучевой телевизор вашей бабушки, может делать более 20 млн. выстрелов в секунду. Вот мы нашли частицу которая попала в первый локальный минимум, для интерференции. А значит что картина создаваемая этой частицей, скорее всего будет классической. Это значит, что в будущем частица залетит в точный датчик D3 или D4.

Кстати, было довольно много комментариев по поводу что вот в этом ролике  всё объясняется и никакого парадокса нет. У нас есть просто изменение вероятностей на полупрозрачных зеркалах. Т.е. ровно то что я сказал выше. Путается причина и следствие, если частица попадает в область на экране которая наиболее вероятна интерференции, то фотон-близнец скорее всего попадёт в обезличенные датчики D3 или D4, и наоборот. Т.е. причина на самом деле это попадание фотоном в определённую область на экране, а следствие уже то как он пройдёт сквозь полупрозрачное зеркало.

И вот тут конечно самое интересное. Прохождение фотона сквозь полупрозрачное зеркало – это случайное событие. А мы сейчас знаем наиболее вероятный исход. Это и есть сообщение из будущего и вот почему.

Для разъяснения всего происходящего, мы снова позовём нашего друга Толю. И снова будем спорить с ним на пиво. Но Анатоль известный скептик. И не хочет кидать монетку. Он говорит что я жулик и могу научиться кидать монетку так чтобы было выгодно мне. От радиации с её распадом для создания случайного события он отказывается, так как ему ещё детей рожать. И предлагает выбрать в качестве случайного события, прохождения фотона сквозь полупрозрачное зеркало. Мол фотон то уж точно не предвзят.

Вот ты и попался Толя. Я соглашаюсь и собираю в гараже нашу установку. Заключаю с Толей пари, при котором если фотон проходит сквозь полупрозрачное зеркало, то я плачу за пиво, а если отражается от него, то он.

Осталось совсем немного подумать. Нам нужна ситуация при которой фотон отразится от зеркала, а значит что он полетит в точные датчики D3 или D4, и на экране в прошлом будет (была?) классическая картина. Значит, мы должны дождаться когда на экране D0 фотон врежется в первый минимум интерференции, это даст нам громадный перевес в вероятности того что ленивый фотон отразится от полупрозрачного зеркала. Шах и мат Толя. Если мы каждый день будем заключать с Толей подобный спор, то ему придётся проставляться гораздо чаще.

Но согласитесь, не каждый день вам требуется узнать пройдёт ли фотон сквозь полупрозрачное зеркало. Ещё меняем вид установки. Добавляем в неё два обычных зеркала. Это, во-первых даст нам время определится со своим выбором, во-вторых доставит информацию от датчиков сразу, как только фотон врежется в какой либо из детекторов d1, d2, d3 или d4, а не бегать за ней быстрее скорости света куда то очень далеко (это, кстати, писалось часто в опровержениях, но на самом деле проблема элементарно решается зеркалами).

Возле второго зеркала ставим переключатель, который будет отправлять фотоны либо в точные датчики, либо неточные. Это главный инструмент для отправки информации в прошлое. Мы знаем что если фотон попадает в точные датчики, то картина на D0 была в прошлом горка (распределение свойственное для частиц), если попадает в обезличенные детекторы, то в прошлом картина была интерференционная. Единственное полупрозрачное зеркало в этой установке будет затирать информацию о том сквозь какую щель прошёл фотон, что заставит картину интерферировать. Ровно как в опытах по отложенному выбору со звёздами. Ссылка №7. Она на нерусском, ищем в статье Cosmic interferometer, или космический интерферометр.

А теперь спор заключаем с Александром. Саня не такой скептик как Толя, ему достаточно броска монетки. Орёл это победил я, решка – победил Саня. И, разумеется, я хочу отправить себе послание из будущего о результатах броска монетки.

Перед броском монетки я договариваюсь сам с собой вот о чем. Если выпадет Орёл, то я отправлю ленивый фотон в точные детекторы D3 или D4. А если решка, то пускай интерферирует и отправится в обезличенные D1/D2. Далее я стреляю фотонами и жду появления фотона на датчике D0 в известной мне области, соответствующей области первого локального минимума для интерференции, значит интерференцией тут не пахнет. Есть сигнал из будущего! Я предлагаю Александру кинуть монетку. Выпадает орёл (всё это время фотон-близнец летит до переключателя). Я выставляю переключатель в положение, которое отправит его на датчики D3 или D4. Следовательно, я отправил в прошлое сообщение, которое отправило первый фотон-близнец на детекторе D0 в требуемую область. Временная петля замкнулась. Сообщение в прошлое успешно отправлено. Эль псай конгру. Возможность использовать изменения вероятности случайного события сыграла нам на пользу.

А теперь немного о посте пользователя @deffan. Его пост, если я правильно всё понял, отталкивается от двух утверждений. Цитаты

«Ответ прост. На D0 не будет интерференции вне зависимости включены датчики (D3, D4) или нет».

«по датчику D0 вы не можете понять, в какую область попал фотон. Нет отдельной области для интерференции и ее отсутствию»

Просто именно эти свои высказывания автор выделил. Ну что же, со вторым высказыванием на самом деле, отчасти верно подмечено, но я его разжевал столь подробно, а также показал такие области, что думаю понятно как мы можем обойти это ограничение, или хотя-бы быть очень уверены в том что обошли.

Первая цитата автора (кстати после неё в моём посте добавилась поправочка), вызывает у меня только один вопрос: «Ну и что?»

Во первых это конечно не правда. Сам автор выкладывает в своём же посте картинки с интерференцией. Во вторых нам вообще наплевать на это. Даже если я оговорился или не обратил на это внимание, это совершенно не влияет на ход рассуждений. Мы никогда эти датчики не трогаем и они у нас в ходе всего опыта постоянно включены. Я нигде их не отключаю, а потому это никак не повлияет на дальнейших ход повествования. Вот и всё.

Автор так же приводит картинку с результирующего экрана D0, вот мол посмотрите у нас так каша и вообще ничего не ясно. Ну так правильно это и есть каша из 4-х датчиков. Просто нужно разделить всё на 4 участка и всё станет на свои места. По поводу что для разделения данных на 4 нужно сперва доставить инфу от датчиков, а эта инфа придёт не быстрее скорости света, я уже сказал - просто банальные зеркала.

Вместо итога. Пруфов на мою последнюю установку вы не найдёте. Я её сам придумал, основываясь на фактах и пруфах из источников, которые я представил. В прошлой статье когда я говорил что вселенная возвращается назад во времени и наша память пере затирается я позволил себе вольность. Конечно, зафиксировать возврат вселенной в прошлое нельзя. Ну или пока нельзя. А если Антон Цайлингер прав, то вообще мы в параллельной вселенной оказались. Я сделал это для простоты понимания. Согласен не очень понятно получилось.

Современная наука осторожно подходит к оправке сообщения в прошлое. Но не может не признать правоту опыта впервые проведённого Марлином Скали, которого на западе называют квантовый ковбой, за его достижения в квантовой механике. Вот вам цитаты из википедии:

«Хотя эксперименты с отложенным выбором подтвердили кажущуюся способность измерений, выполненных на фотонах в настоящем, изменять события, происходящие в прошлом, это требует нестандартного взгляда на квантовую механику»

И ещё одна

«Тем не менее, что делает этот эксперимент, возможно, удивительным, так это то, что, в отличие от классического двухщелевого эксперимента, выбор того, сохранить или стереть информацию о пути ленивого фотона был сделан только через 8 Нсек после того, как положение сигнального фотона уже было измерено на D 0 .»

И ещё:

«Несмотря на доказательство Эберхарда, некоторые физики предпологают, что эти эксперименты могут быть изменены таким образом, что они будут согласованы с предыдущими экспериментами, но которые могут позволить экспериментальные нарушения причинности.»

Вот тут пруф №6

Ну и в заключении хотелось бы сказать о моём личном отношении ко всему этому. Верю ли я сам в то что пишу. Отвечу цитатой из сериала моей юности. «I want to believe», ибо грош цена автору который сам не верит в то что пишет. Всем добра, и спасибо что дочитали.

P.S. Друзья, если вы решили вступить со мной в диалог пытающийся меня опровергнуть, то я всегда рад дискуссиям. Но скажу сразу, для того что бы сберечь свою и вашу нервную систему, я не вступлю в перепалки начинающиеся со слов: «Автор ты долб@ёб, я знаю как правильно, а у тебя всё бред». Такие и подобные сообщения будут мною проигнорированы. Ключевая фраза, не то что у меня неправильно, а оскорбления или неуважение с вашей стороны. Спасибо за понимание.

Неточности в статье:

Фотон никогда не превращается в частицу, он не имеет массу покоя, а следовательно ни при каких обстоятельствах частицей не считается. Но при некоторых условиях его поведение описывается законами для классических частиц.

Несмотря на то, что опыт с отложенным выбором Джона Уиллера в большинстве источников и называют «мысленным», т.е. не имеющим реализации на практике. Было проведено множество опытов на основе его. Гуглится довольно легко «Эксперимент Уилера с отложенным выбором».

Скорее всего есть ещё))))

Всем привет. Каждый, хоть раз слышал о квантовой механике. И что там полно непонятного и странного. И сегодня я расскажу об одном эксперименте, который не имеет никакой иной трактовке кроме той, что в ходе этого опыта регулярно и повторяемо удаётся отправить сообщение в прошлое. Опыт называется эксперимент квантового ластика с отложенным выбором. А теперь по порядку. Для ленивых как всегда есть видео.

Сперва скажу, что пост длинный, если вам лень читать, и вы и без меня знаете тонкости опыта Юнга с электронами то вам в самый низ. Я для вас пометочку оставлю. Для страждущих с чего всё начиналось, прошу под кат.

Всё началось более чем 200 лет назад, когда Томас Юнг провел свои опыты по дифракции и интерференции света. В чем суть опыта. Есть источник света, есть экран. Между экраном и источников помещают непрозрачную пластинку, в пластинке делают длинную прорезь. На регистрирующем экране видим тонкую полоску света. Всё хорошо, а теперь добавляем ещё одну параллельную прорезь рядом с первой. И ожидаем увидеть две полосы. Но, к удивлению, полос не две, вместо них мы видим причудливый узор из темных и светлых пятен, который в физике называется интерференционная картина.

Это было началом самого часто повторяемого эксперимента за всю историю физики. После этого опыта становится ясно, что свет – это не поток частичек, а электромагнитные волны, которые могут огибать препятствия и взаимодействовать друг с другом.

Проходя сквозь каждую щель и падая на экран свет проходит разные расстояния. Мы знаем, что у волны есть гребень и впадина. В точку экрана куда пришли два гребня будет яркое пятно (волны пришли в одинаковой фазе), а в точку куда пришёл гребень и впадина волны уровняли друг друга и будет пятно тёмное. (говорят, что волны в противофазе)

Теперь давайте разбираться отчего же этот опыт такой необычный. Ну волна так волна, что с того. Первые вопросы возникли у Эйнштейна, у которого никак не получалось свести формулы если свет – это просто волна и он ввёл такое понятие как квант света, и вы конечно уже догадались – речь идёт о фотоне. И вот если предположить, что свет состоит из маленьких частичек, то формулы прекрасно сходились. Альберт придумал много разных штук с фотонами, ему потом ещё и нобелевку за это дали. Но опыт Юнга никто не отменял. Он нам ясно даёт понять, что свет — это волна, а теоретические выкладки говорят об обратном. Тогда физики договорились между собой, что в рамках оптики и классической электродинамики свет – это электромагнитная волна, а в рамках квантовой механики он пускай будет чем-то средним. И введи такое понятие как корпускулярно-волновой дуализм. Т.е. фотон может вести себя как волна, а может как частица – по ситуации. Ветряный в общем.

Это первый затык. Второй гораздо более интересный и необъяснимый. Умники в белых халатах решили провести опыт юнга с двумя щелями, но не со светом, а с пучком электронов. И стали стрелять по экрану электронами. Каково же было удивление, когда обнаружили что электроны в этом опыте ведут себя так же, как фотоны. Они проявляли свойства волны. Но простите, электрон это уже не фотон. Это частица, которая имеет массу покоя. А проходит ОДНОВРЕМЕННО сквозь оба отверстия. Кукушки у ученых послетали, не может частица проходить одновременно сквозь две дырки. Ну и родилась вполне себе закономерная идея. А давайте поставим датчик около отверстия, который будет регистрировать прохождение электрона сквозь щель. Тогда мы точно будем знать где именно пролетел электрон.

Тут начинается настоящая мистика. Ибо после установки датчика, электроны стали вести себя как обычная частица макромира, и интерференционная картина превратилась в две полоски. У особо искушённых читателей на этом моменте начинает обычно подгорать пукан, и они стремятся написать комментарий «Афтор выпей йаду, нельзя просто взять и понаблюдать электрон.». Что же вы отчасти правы. На самом деле чтобы «посмотреть» на электрон, мы должны стрельнуть в него фотоном. Что безусловно повлияет на его траекторию, и изменит результаты эксперимента. А теперь почему вы не правы. Опыт повторили с крупными молекулами, регистрировать которые можно и пассивными датчиками. Такой эксперимент впервые провел Антон Ца́йлингер в 2004 году (этот же Австриец впервые осуществил квантовую телепортацию). Суть его в том, что сквозь две щели стреляют крупными молекулами фуллерена (состоит из 70-ти атомов углерода). И даже эти громадные, с квантовой точки объекты, проскакивают сквозь две щели одновременно. Само понятие траектория становится абстрактным. Далее молекулы нагревают, а около щелей ставят термометры, и вот когда разогретая молекула фуллерена пролетает сквозь щелку с термометром, она уже пролетает только сквозь одну щель, и картина на регистрирующем экране из интерференционной превращается в обыкновенные две полоски. Выводы невероятны. Если нельзя ни коим образом зарегистрировать поведение частицы, то ей вообще плевать на законы физики. Она летает себе спокойно сквозь две дырки. Но если за ней можно «подсмотреть», то она ведёт себя как приличная. И подчиняется законам классической механики. Вот отсюда и идёт этот мистический и невероятный «наблюдатель». Некто меняющий фактом своего наблюдения физическую реальность. Если молекула пролетает сквозь две щели, то говорят, что она представляет собой волновую функцию – облако вероятности. Если же её «пронаблюдать» и молекула определилась, со своей траекторией (после того как на неё посмотрел наблюдатель), то говорят о коллапсе волновой функции – молекула реализовалась в физическом мире в классическом понимании.

!!!МЕТОЧКА ДЛЯ ЛЕНИВЫХ. ТУТ НАЧИНАЕТСЯ ПРО ВРЕМЕННОЙ ПАРАДОКС!!!

А теперь, собственно, к опыту с нарушением причинно-следственной связи. Вернёмся снова к фотонам. Будем всё так-же обстреливать экран и на пути поставим пластинку с двумя щелями, а после щелей поставим нелинейный оптический кристалл. Это специальное приспособление, которое разбивает один фотон на два спутанных с пониженной частотой. Такая штука называется спонтанное параметрическое рассеяние. Установка спроектирована таким образом, что фотон, проходящий сквозь верхнюю щель B, разделяется на два. Один из получившихся фотонов попадает на экран D0, а второй пройдя сквозь призму попадает в детектор D4.

Если начальный фотон, падающий на щели, проходит сквозь нижнюю щель А, то он так же разделяется на два. Первый снова на детектор D0, а второй сквозь призму и затем на датчик D3.

Детектор D0 выполняет роль регистрирующего экрана из опыта Юнга, он не позволяет нам увидеть сквозь какую щель пролетают фотоны, он просто может зафиксировать координаты фотона на экране в момент падения, а вот датчики D3 и D4, позволяют нам точно узнать сквозь какую щель проходит фотон. Если вы читали довольно внимательно всё что сверху написано, то уже догадались, что на детекторе D0, мы будем видеть две светящихся полоски. А если мы выключим датчики D3 и D4, то вновь на D0 увидим череду светлых и тёмных полосок. Что уже само по себе довольно невероятно.

Тогда экспериментаторы решили обмануть вселенную, но и себя вместе с ней. Эту установку они усложнили. Зеркала, сквозь которые проходят фотоны чтобы попасть в датчики D3 и D4, они сделали полупрозрачными и фотон падая на них, может с вероятность 50% попасть в датчик D3 или D4, а с вероятность 50% может «затеряться». Давайте для примера опять допустим что фотон пролетает сквозь верхнюю щель В, разделяется на два, один на детектор D0, второй на призму, потом на полупрозрачное зеркало, что будет если он отразится и попадёт на D4 мы уже знаем, а если он пролетит сквозь, то он отражается от обычного зеркала и попадает на другое полупрозрачное зеркало, и может с вероятность 50% быть зарегистрирован на любом из датчиков D1 или D2. То же самое если фотон проходит сквозь нижнюю щель А. Т.е. мы фактически лишили себя информации о том сквозь какую щель прошёл фотон, мы «стерли» её квантовым ластиком. И да, вы уже поняли, что происходит. Если мы стираем инфу ластиком, то картина на детекторе D0 становится интерференционной. А теперь, собственно, к необъяснимому.

Первоначальную информацию о том куда попадает фотон, мы можем получить с экрана D0. Она ближе всего к двухщелевой пластинке. И мы уже можем догадываться это интерференция или две полоски. И только спусти 8 наносекунд, пока фотон блуждает в недрах установки можно сказать быль ли он зарегистрирован на точных датчиках D3 или D4. Либо информация о его траектории была стёрта, и он попал на обезличенные датчики D1 или D2.

Теперь по полочкам. Мы с гипотетическим Толей заключаем спор о том, что если фотон будет интерферировать, то я плачу за пиво. Если фотон будет вести себя как классическая частица, то он. Затем мы выстрелили фотоном в эту установку, и заметили, что на детекторе D0, он попал в светлую область, которая соответствует интерференционной картине. И мы в течении последующих 8-ми наносекунд пьём пиво за мой счет. Разговариваем о жизни, и я сетую на то, как она несправедлива. Затем мы наблюдаем частицу в датчике D3. Понятно, что данная ситуация невозможна, ибо при регистрации этим датчиком интерференция невозможна. Для разрешения парадокса вселенная возвращает назад в прошлое, и на этот раз наблюдаем частицу на детекторе D0 в правильной области. Наша память перезатирается. Мы 8 Наносекунд пьём пиво, а Толя при этом нервно курит. Ведь теперь он проставляется. Затем идём смотреть на результаты со следующего датчика. Это датчик D3 мы уже знаем. Парадокса нет. Скачков не происходит.

Ещё раз. Фотон попадает на экран D0, в определённую область. Эта область точно зависит от того, как поведёт себя его квантово-запутанный фотон близнец спустя 8 наносекунд. Т.е. сперва он попадает в эту область(следствие), и только спустя 8 наносекунд наступает причина попадания в данную область.

А теперь ещё информация к размышлению. Мы можем сделать туннель, по которому летит фотон до второго датчика довольно длинным. Например, как расстояние от земли до солнца. И тогда у нас будет 8 минут до того, как фотон определится. Если мы будем стирать все показания, но до этого дадим посмотреть на результаты обезьяне. Станет ли картина классической от влияния обезьяны. А таракана? А Полугодовалого ребёнка?

На этом у меня всё. Испускайте только правильные фотоны.Спасибо что дочитали.