Гадолинийский эксперимент: что происходит в пустоте?⁠⁠

Есть у меня одна привычка: если какая-нибудь идея начинает выглядеть слишком красивой, хочется не писать про неё ещё десять страниц, а поставить рядом с ней кусок железа и посмотреть, что произойдёт.

С ГПС получилось именно так.

Мы много говорили о том, что привычная картина мира может быть не самым глубоким уровнем описания. Частицы, поля, пространство — возможно, это уже «поверхность» какой-то более фундаментальной структуры. В нашей гипотезе пространство не является абсолютной пустотой: условно говоря, у него может быть собственная динамика, а наблюдаемые взаимодействия могут быть проявлением состояния этой среды.

Звучит красиво. Но красиво — это как раз то место, где обычно пора прекращать философствовать и начинать что-нибудь измерять.

И тут появился гадолиний.

Почему гадолиний?

Гадолиний интересен тем, что у него есть температура Кюри — примерно 19–20 °C. В районе этой температуры его магнитное состояние заметно меняется: ниже неё он ферромагнитен, выше — парамагнитен.

То есть температура здесь становится удобной ручкой управления.

Не надо механически двигать магнит туда-сюда. Можно менять температуру и получать управляемое изменение магнитного состояния самого вещества.

А теперь представим два кусочка гадолиния на расстоянии друг от друга.

Первый кусок периодически переводим через температуру Кюри.

И задаём совершенно простой вопрос:

Если мы управляем состоянием первого объекта, что именно меняется около второго?

Сначала — обычная физика

Здесь важно сразу договориться: никакого «доказательства ГПС» на первом этапе не требуется.

Обычная физика уже говорит, что изменение магнитного состояния вещества меняет его магнитное поле. А если магнитный поток через проводящий контур меняется во времени, возникает электромагнитная индукция.

В обычной записи это выглядит так:

ЭДС = − ΔФ / Δt

или, в более привычной форме:

ЭДС = −dФ/dt.

То есть если поставить рядом с удалённым образцом катушку, мы вполне можем получить электрический сигнал.

И это даже хорошо.

Потому что сначала мы хотим увидеть именно нормальную физику и понять, насколько чувствителен наш стенд.

Самый простой вариант — светодиод

Рядом со вторым гадолинием ставим небольшую катушку. Она не подключается к воде, парафину или самому гадолинию. Катушка просто лежит рядом с образцом, а два изолированных провода выходят наружу.

Дальше можно поставить простой выпрямитель и светодиод.

Если магнитное поле достаточно быстро меняется и сигнал достаточно сильный, светодиод может мигать или светиться синхронно с изменением состояния первого образца.

Но тут есть проблема: светодиод — очень грубый индикатор. Если он не загорелся, это вообще ничего не доказывает. Возможно, сигнал есть, просто его недостаточно для свечения.

Поэтому нормальный вариант — осциллограф.

Осциллограф: куда девать контакты?

Никуда.

В воду и в жидкий парафин контакты осциллографа помещать не надо.

Это важно, потому что иначе мы сами создадим дополнительную электрическую систему и потом будем гадать, что именно измерили.

Катушка находится рядом со вторым гадолинием, желательно снаружи банки. Два её вывода идут обычными изолированными проводами к осциллографу.

Например:

Если хочется оставить гадолиний внутри парафина и вообще ничего туда не помещать — тем лучше. Катушка остаётся снаружи, а внутри банки нет никаких электрических контактов.

На первый канал осциллографа можно подать сигнал, связанный с управляющим нагревом первого гадолиния, а на второй — сигнал приёмной катушки.

И тогда мы получаем уже не «лампочка вроде мигнула», а две кривые во времени.

Что именно искать на осциллографе?

Вот здесь начинается самое интересное.

Допустим, мы периодически меняем температуру первого образца около точки Кюри:

Т → T + ΔT → T − ΔT → T + ΔT...

Если второй канал показывает одновременно изменяющийся сигнал, мы можем сравнить его с первым.

Нас интересует не просто наличие напряжения, а его форма, амплитуда и фаза.

Условно:

CH1 ──╱╲────╱╲────╱╲────╱╲──
источник
CH2 ──╱╲────╱╲────╱╲────╱╲──
приёмник

Если сигнал на втором канале повторяет первый, можно измерять задержку и амплитуду.

Например:

V₂(t) ≈ A · V₁(t − τ)

Здесь A — условный коэффициент передачи, а τ — задержка.

Дальше меняем расстояние между образцами и смотрим, как меняется A.

5 см.

10 см.

20 см.

50 см.

Меняем ориентацию катушки. Меняем частоту изменения температуры. Меняем амплитуду.

Получается уже не «что-то засветилось», а вполне конкретная пространственно-временная зависимость.

Но почему вообще только магнитное поле?

А вот здесь я бы не стал загонять эксперимент в заранее выбранный результат.

Если наша задача — посмотреть, что происходит с пространством между двумя объектами, почему мы должны заранее решить, что пространство обязано ответить именно магнитным сигналом?

Можно сделать несколько разных датчиков и посмотреть, что вообще реагирует.

Например:

1. Приёмная катушка — ищем обычную электромагнитную индукцию.

2. Магнитометр — непосредственно смотрим изменение магнитного поля.

3. Пьезоэлемент — ищем механическую вибрацию или другой коллективный отклик.

4. Механический датчик — проверяем, не двигается ли сам объект.

5. Немагнитный термодатчик — исключаем тепловую связь.

6. Второй гадолиний — смотрим, меняется ли его магнитное состояние.

7. Другой материал вместо гадолиния — проверяем, является ли эффект специфическим именно для магнитного вещества.

И всё это желательно писать одновременно.

Получается довольно забавная конструкция: мы берём один кусок гадолиния и используем его как управляемый «генератор», а вокруг второго устраиваем маленькую лабораторию наблюдения.

А если ничего магнитного не искать?

Это, возможно, даже интереснее.

Представим, что мы сделали Gd → Gd, но ничего необычного не обнаружили.

Тогда можно поставить вместо второго гадолиния что-нибудь совершенно другое:

Gd → проводник.

Gd → пьезоэлемент.

Gd → диэлектрик.

Gd → ферромагнетик.

Gd → механический резонатор.

И смотреть, появляется ли какой-нибудь синхронный отклик.

То есть мы перестаём спрашивать:

«Передаётся ли нелокальный магнетизм?»

и начинаем спрашивать:

«Передаётся ли вообще какое-нибудь дополнительное воздействие?»

Это намного более честная постановка.

А при чём тут ГПС?

Вот здесь начинается уже наша гипотеза.

Если пространство — действительно только геометрическая пустота, то между двумя образцами нет отдельного физического объекта, который можно было бы возбуждать.

Но если пространство имеет собственную микроструктуру, то изменение состояния вещества может в принципе означать изменение состояния некоторого участка этой структуры.

Тогда схема выглядит примерно так:

управляемое состояние вещества → возмущение среды → распространение → отклик другого объекта.

Мы пока совершенно не знаем, существует ли такой дополнительный канал.

И поэтому эксперимент не должен начинаться с утверждения, что он существует.

Наоборот: сначала мы должны собрать максимально скучную картину обычной физики и попытаться объяснить ею всё, что увидим.

Наводка.

Обычная индукция.

Ёмкостная связь.

Общие провода.

Вибрация.

Звук.

Нагрев.

Движение образца.

Электроника.

Всё это нужно исключать.

Если после этого остаётся сигнал — вот тогда становится интересно.

Почему мне нравится именно эта постановка

Потому что она очень маленькая.

Не нужно строить ускоритель.

Не нужно создавать чёрную дыру.

Не нужно сразу делать гравитационный двигатель.

Есть два маленьких кусочка вещества, температура около 19 °C, несколько датчиков и пространство между ними.

И один очень простой вопрос:

можно ли заставить один объект измениться и увидеть на расстоянии физическую сигнатуру этого изменения?

Если ответ окажется «нет» — мы узнаем пределы чувствительности установки.

Если ответ окажется «да, это обычная электромагнитная индукция» — отлично, мы получили контрольный результат.

А если однажды окажется, что какой-то сигнал не удаётся объяснить известными каналами, тогда уже можно будет задавать следующий вопрос:

а не увидели ли мы наконец что-нибудь, принадлежащее не самим объектам, а пространству между ними?

И вот тогда слово «пустота» перестанет быть таким очевидным.