12

Выход за пределы скорости света. Это возможно?

Давайте попробуем разобраться.

1. Можно ли путешествовать в космосе выходя за пределы «скоростного режима» света?

Ответ однозначен – нет, это невозможно. Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света. Вот только есть одна оговорка – ничто, что могло бы оказать влияние на причинно-следственную связь.

Выход за пределы скорости света. Это возможно? Скорость света, Квантовая физика, СТО, Альберт Эйнштейн, Yes Future, Физика, Пространство, Тахион, Длиннопост

2. То есть всё-таки что-то может двигаться быстрее скорости света?

Учёные предполагают существование тахионов – частиц со скоростью движения выше скорости света. Первое отличие от обычных частиц вроде протонов или электронов: они имеют мнимую, а не действительную массу. А вот их энергия и импульс должны быть действительными. И чем ближе скорость частицы к скорости света, тем больше ее энергия.

Как обычные частицы не могут разогнаться выше скорости света, так тахионы не могут замедлиться ниже её.

При приближении к скорости света энергия тахиона стремится к бесконечности.
Под тахионами подразумеваются объекты не нарушающие принципы относительности.

Вот только тахион – гипотетическая частица. Не факт, что вообще она существует. Да и увидеть тахион невозможно, потому что он быстрее скорости света. При наблюдении в момент, когда тахион подойдёт максимально близко к точке наблюдателя, наблюдатель увидит появляющийся объект, который разделится на две части. Части продолжат движения в противоположных направлениях.

Выход за пределы скорости света. Это возможно? Скорость света, Квантовая физика, СТО, Альберт Эйнштейн, Yes Future, Физика, Пространство, Тахион, Длиннопост

3. Причём здесь квантовая запутанность?

Эйнштейн назвал квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии». И она также может превысить скорость света.
Мир атомов и частиц довольно удивителен. Квантовая запутанность ещё одно тому подтверждение. Когда частицы «запутываются», они обмениваются свойствами, которые делают их зависимыми друг от друга. И неважно как далеко друг от друга они находятся. Можно «спутать» два фотона и разнести их по разным уголкам вселенной. При воздействии на один фотон второй тут же откликнется. В недавнем прошлом учёные научились запутывать целые облака частиц.
4. Есть ли этому применение?

Информацию квантовой запутанностью передать не получится, и вот почему. Принцип неопределённости Гейзенберга не даёт узнать одновременно импульс и положение в пространстве частицы

До того, как вы измерите состояние первой частицы, вторая не будет содержать никакой информации. Но если вы измерите состояние первой частицы и выясните, что оно равно 1 – это означать, что состояние второй частицы равно 0. Но только с этого момента запутанность разрушается.

Таким образом, чтобы передавать информацию, нужен стандартный канал связи – а это уже будет означать, что скорость света не превысится. Никакой мгновенный ответ не будет получен.

Выход за пределы скорости света. Это возможно? Скорость света, Квантовая физика, СТО, Альберт Эйнштейн, Yes Future, Физика, Пространство, Тахион, Длиннопост

Квантовую запутанность можно превосходно использовать для вычислительных задач – можно запутать те же квантовые облака и на их основе реализовывать квантовые вычисления.

5. Почему же так много интереса к квантовой информации?


В чем смысл многочисленных опытов по демонстрации корреляций между частицами на больших расстояниях? Кроме подтверждения квантовой механики, в которой давно уже ни один нормальный физик не сомневается, это эффектная демонстрация, производящая впечатление на публику и дилетантов-чиновников, выделяющих средства на науку (например, разработку квантовых линий связи). Для физиков это даёт дополнительные средства для улучшения техники эксперимента.

Возможно, механизм квантовой запутанности нам будет когда-то известен. Но пошатнуть принципы теории относительности пока не видится возможным. Поэтому скорость света в этом смысле непреодолима.

Найдены возможные дубликаты

+7

Чот такой себе пост, ну типо да, пока что думают типо скорость света недостижима, ну и шо дальше то? Я это итак знал, а если откроют что то ломающее это систему, то оказывается скорость света не предел, но пост категорично говорит НЕТ, хотя толку в этом никакого

раскрыть ветку 1
+2

Ну, так-то есть гипотетический двигатель Алькубьерре. Только для него надо невероятно много энергии.

+5
Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света.

Я может занудствую, но меня бесит эта обрезанная формулировка.

Ничто не может двигаться быстрее скорости света относительно локальной (плоской и статической) области пространства.


А Вселенная в целом нихрена не плоская и не статическая, так что два достаточно далеких друг от друга объекта могут двигаться быстрее скорости света относительно друг друга.

раскрыть ветку 1
0

Более того! Не обязательно далёких. Далеко ходить не надо! В коллайдере встречно направленные пучки движутся быстрее света относительно друг друга.

+2

Забыли ещё один нюанс - разбегание галактик. Если взять два достаточно удалённых друг от друга  по космологическим меркам объекта, то в принципе можно добиться того, чтобы они разлетались духруг от друга быстрее света в соответствии с законом Хаббла. Но, опять же, толку от этого факта никакого)))

+1

А как тогда объясняется размер вселенной в 46 миллиардов световых лет при её возрасте в 13,75млрд. лет? Т.е. от нулевой точки за это время 2 тела при скорости света разлетятся только на 27,5 млрд. св. лет. Откуда еще 18,5млрд?

раскрыть ветку 2
+1

ну, одно дело перемещаться внутри пространства, другое дело когда само пространство расширяется

0

Читайте про инфляционную модель Вселенной.

0

Всегда был интересен такой момент - Пушка, летящая со скоростью света относительно неподвижного наблюдателя, стреляет снарядом со скоростью 1 км в секунду. Какова будет скорость снаряда для неподвижного наблюдателя?

раскрыть ветку 5
+1

А в суть вопроса то? Численный ответ можно по формулам посчитать.


Если пушка летит медленнее скорости света, то снаряд будет лететь быстрее пушки и все еще медленнее скорости света. Независимо от скорости пушки и скорости снаряда.

+1

Снаряд даже из дула не вылетит

раскрыть ветку 1
+1

Именно! Непонятно какой дегенерат тебе минус влепил!

0

Никакого выстрела наблюдатель не увидит. Потому что время пушки для него остановится. То есть для наблюдателя время на пушке - застынет. И все события, происходящие на пушке, застынут вместе со временем.

0

Чем ближе снаряд будет к скорости света, тем медленнее он будет двигаться для наблюдателя.

-1

В "звездных войнах" летают выше скорости света)

Уже давно адекватно мыслящим понятно что цивилизаций жизни во вселенной может быть бесконечное значение (раз есть жизнь на земле, то учитывая бесконечность планет, и планет с обитаемой жизнью бесконечно много), но мы никогда не встретимся по причине невозможности преодоления скорости света как нам, так и им, какие бы они умные не были.

раскрыть ветку 4
0

Никогда не говори никогда. Мы говорим о невозможности преодоления скорости света и расстояниях в множества световых лет. Но почему надо принимать факт поездки на телеге? Возможно найдутся способы преодолевать пространство не тупо скоростью помноженной на время, а кардинально другими методами.И раз уж вспомнили про творения фантастов, фантазий на эту тему достаточно.

раскрыть ветку 3
0

Ключевое слово "фантазии". Сколько бы не писали про золотую рыбку творящую чудеса, или волшебная щука у Емели, это так фантазией и останется. Как и разные гипер прыжки, варп двигатели,  вхождение в иное измерение и проч. фантастов

раскрыть ветку 1
0

Не найдутся никогда. Парадокс Ферми вопиет об этом.

Похожие посты
1273

Почему замедляется время вблизи массивных планет?

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.

Почему замедляется время вблизи массивных планет? Теория относительности, Физика, Стивен Хокинг, Альберт Эйнштейн, Мультфильмы, Научпоп, Видео, Длиннопост

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.

Почему замедляется время вблизи массивных планет? Теория относительности, Физика, Стивен Хокинг, Альберт Эйнштейн, Мультфильмы, Научпоп, Видео, Длиннопост

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.

Почему замедляется время вблизи массивных планет? Теория относительности, Физика, Стивен Хокинг, Альберт Эйнштейн, Мультфильмы, Научпоп, Видео, Длиннопост

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.

Почему замедляется время вблизи массивных планет? Теория относительности, Физика, Стивен Хокинг, Альберт Эйнштейн, Мультфильмы, Научпоп, Видео, Длиннопост

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.

Почему замедляется время вблизи массивных планет? Теория относительности, Физика, Стивен Хокинг, Альберт Эйнштейн, Мультфильмы, Научпоп, Видео, Длиннопост

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.

Показать полностью 4
971

В Google в ответ на критику подтвердили, что компания достигла квантового превосходства

Google опубликовала заявление, согласно которому квантовый компьютер компании смог выполнить задачу, которую не может выполнить ни один классический компьютер. Таким образом в корпорации подтвердили факт достижения квантового превосходства.

В Google в ответ на критику подтвердили, что компания достигла квантового превосходства Физика, Квантовая физика, Новости, Квантовый компьютер, Копипаста, Видео, Длиннопост

В Google сообщили, что Sycamore действительно удалось выполнить вычисление за 200 секунд. Аналогичная процедура заняла бы у самого быстрого суперкомпьютера в мире 10 тысяч лет.


«Это достижение является результатом многолетних исследований и самоотверженности многих людей. Это также начало нового путешествия: выяснение того, как заставить эту технологию работать. Мы работаем с исследовательским сообществом и имеем инструменты с открытым исходным кодом, позволяющие другим работать вместе с нами», — отметили в компании.


Там сослались в качестве подтверждения на публикацию в научном журнале Nature, который разместил отчет о результатах работы Google по созданию квантового компьютера. «Насколько нам известно, этот эксперимент знаменует собой первое вычисление, которое может быть выполнено только на квантовом процессоре. Квантовые процессоры, таким образом, достигли режима квантового превосходства. Мы ожидаем, что их вычислительная мощность будет продолжать расти с двойной экспоненциальной скоростью», — говорится в материале.


Информацию подтвердило и НАСА. Ранее на сайте агентства появились первые выкладки о достижении квантового превосходства, однако затем материал удалили. «Квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии, но это преобразующее достижение продвигает нас вперед. Наши миссии в ближайшие десятилетия на Луну, Марс и другие подпитываются такими инновациями, как эта», — отметил Юджин Ту, директор исследовательского центра NASA Ames Research Center.


Чтобы убедиться, что квантовое превосходство действительно было достигнуто, НАСА и Google обратились в Национальную лабораторию в Ок–Ридже, штат Теннесси, где находится Summit —самый мощный суперкомпьютер в мире. Там проверили, совпадают ли результаты квантового компьютера с результатами суперкомпьютера вплоть до предела квантового превосходства — выяснилось, что оно было достигнуто.

В Google в ответ на критику подтвердили, что компания достигла квантового превосходства Физика, Квантовая физика, Новости, Квантовый компьютер, Копипаста, Видео, Длиннопост

Глава Google Сундар Пичаи заявил, что для более широкой демонстрации квантового превосходства нужно построить отказоустойчивый квантовый компьютер с большим количеством кубитов, а это может занять несколько лет. Однако, по его словам, уже совершен прорыв: «Если брать аналогию — братья Райт. Первый самолет летел только 12 секунд, и в этом тоже не было практической пользы. Но это доказало возможность того, что самолет может летать».


Пичаи ответил на претензии со стороны IBM. По его словам, в данном случае достижение квантового превосходства — это веха, и не стоит придираться к терминам.


В сентябре на сайте НАСА появился доклад специалистов Google, которые заявили, что при помощи квантового компьютера «Sycamore» (Платан) с 53-кубитовым процессором удалось выполнить очень сложный программный расчет всего за 200 секунд. При этом самый современный мощный суперкомпьютер Summit смог бы произвести подобный результат лишь за 10 тысяч лет. Также, по оценкам специалистов компании, выполнение того же эксперимента на сервере Google Cloud заняло бы 50 трлн часов (5,7 млрд лет). Тогда же специалисты подчеркнули, что их новая система может выполнять только один расчет, а использование квантовых компьютеров для решения практических задач предстоит в далеком будущем. В эксперименте были использованы случайные числа, сгенерированные по специальному сценарию, связанному с квантовыми явлениями.


Позднее сотрудники отдела квантовых вычислений компании IBM заявили, что Google ложно сообщила о достижении квантового превосходства. В компании утверждают, что обычный вычислитель справится с этой задачей в худшем случае за 2,5 дня, и при этом полученный ответ будет точнее, чем у квантового компьютера. Такой вывод был сделан по итогам проведенного теоретического анализа нескольких способов оптимизации. Однако авторы статьи отметили, что выкладки Google представляют определенный интерес. Они также обратили внимание на то, что применение термина «квантовое превосходство» может запутать любого человека, не специализирующегося на исследованиях в данной области.

В Google в ответ на критику подтвердили, что компания достигла квантового превосходства Физика, Квантовая физика, Новости, Квантовый компьютер, Копипаста, Видео, Длиннопост

Источник

Показать полностью 2 1
431

Разгадан величайший парадокс квантовой механики

Разгадан величайший парадокс квантовой механики Физика, Квантовая физика, Парадокс, Наука, Ученые, Китай, Квантовая механика, Открытие

Китайские ученые успешно проверили гипотезу, называемую квантовым дарвинизмом, которая объясняет трудноразрешимые противоречия между квантовой механикой и классической физикой, в том числе парадокс кота Шредингера. Исследователи протестировали одно из основных положений концепции, согласно которому одно из состояний квантовой системы многократно «отпечатывается» в окружающей среде, с которой эта система взаимодействует. Об этом сообщает издание Science Alert.


Для объяснения, как возникает классическая физика, исследователи предположили существование особенно устойчивых к декогеренции состояний, называемых состоянием указателя (pointer states). Конкретное местоположение частицы или ее скорость, значение ее спина или поляризация могут быть зафиксированы как устойчивое положение стрелки на измерительном устройстве. Иными словами, взаимодействие с окружением разрушает одни состояния, а другие оставляет, например, положение частицы. Это называется суперселекцией, индуцированной средой.

Согласно второму условию квантового дарвинизма, способность человека наблюдать какое-либо свойство зависит от того, насколько хорошо оно «отпечатано» в окружающей среде. Ученые подсчитали, что частица пыли в один микрометр за одну микросекунду «отпечатается» в фотонах около ста миллионов раз, что и обуславливает ее классические свойства. Разные наблюдатели видят пылинку в одном и том же месте благодаря «копированию» информации о наиболее устойчивом состоянии (в данном случае местоположении).


Ученые создали квантовую систему (фотон) в искусственной среде, состоящей всего из нескольких частиц (других фотонов). Согласно предсказанию квантового дарвинизма, наблюдая только за средой, можно получить всю информацию о классическом поведении частицы. Результаты проверки этого положения показали совместимость наблюдаемых свойств с теорией. Однако для доказательства последней необходимы дальнейшие исследования.


Декогеренцией называют процесс, когда квантовая система, которая находится в состоянии суперпозиции (ее альтернативные состояния наложены друг на друга), начинает проявлять классические свойства. Именно поэтому кот Шредингера, который, согласно мысленному эксперименту, является одновременно живым и мертвым, при открытии коробки оказывается лишь в одном из двух альтернативных состояний. Квантовая система запутывается с окружающей средой, взаимодействуя с огромным числом атомов, в результате чего ее состояния прекращают быть наложенными друг на друга. Если окружающая среда состоит из миллиарда атомов, то декогеренция происходит почти мгновенно, а кот не может быть одновременно живым и мертвым на отрезке времени, который поддается измерению.

Так себе источник: https://m.lenta.ru/news/2019/07/25/quantum/amp/

Показать полностью
2561

Теория струн. Зачем она?

Давным-давно, когда я нарисовала предыдущий пост на тему теоретической физики, большинство комментаторов выразило желание прочитать нечто похожее и про теорию струн (М-теорию). Что ж, данный пост будет как раз про это: что такое теория струн, с чем её едят, зачем она вообще нужна, кто придумал и к чему привела. Здесь не будут рассматриваться все достоинства и недостатки, обоснования и глубокая математика (хотя, скорее, геометрия), только самое основное.
Итак, поехали.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Для начала парочка замечаний:

1) «Теория струн» в первоначальном виде сама по себе уже устарела и сейчас это название закрепилось не за первоначальной теорией, а за целым семейством – собственно теория струн, теория суперструн и М-теория. Так что да, правильнее называть «семейство струнных теорий». Но всем пофиг.

2) Теория струн хоть и имеет отношение к физике, но в основном пока что это больше абстрактная математическая теория, серьёзно продвинувшая математический и геометрический (топологический) анализ. Не ждите значительных результатов в именно физике. По крайней мере, пока.

Прежде всего, надо сказать немного о том, как наши (и не только наши) шибкомозговитые физики вообще додумались до «подобного бреда» и почему всё пришло именно к нему. Дело в так называемой Стандартной модели элементарных частиц. В физике сие есть давно и всеми принятая классификация элементарных частиц, их видов и правил взаимодействий. Если у кого-то возникает вопрос о том, как в атомном ядре нейтрон «превращается» в протон и обратно, или, например, как распадается омега-гиперон, то этот кто-то смотрит в Стандартную модель и получает ответ. Если кто-то решает посмотреть кварковый состав К-мезона, он опять идёт туда же в Википедию к Стандартной модели и высматривает необходимые сведения.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Проблема Стандартной модели в основном состоит в двух связанных аспектах:

1) В ней слишком дохрена (20) так называемых «свободных параметров», то есть чисел, которые физики обосновать могут только фразами а-ля «так решил Ктулху». Никто не может сказать, например, почему у постоянной Планка именно такое значение.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

2) Далеко не все частицы, описанные в модели, не являются «элементарными» (то есть не состоящими из чего-то ещё) вплоть до кварков/глюонов и не ведут себя как «элементарные». То есть, например, протон/нейтрон/прочие барионы состоят из кварков+глюонов, а сами кварки/глюоны внутри более сложных частиц ведут себя так, как будто либо имеют сложную внутреннюю структуру, либо являются «состояниями»/разновидностями чего-то ещё (например, превращаются друг в друга).
Таким образом, Стандартная модель элементарных частиц хоть и работает, но в качестве теории, объясняющей внутреннюю природу частиц, не подходит. А количество видов самих частиц и правил их взаимодействий столько, что требовалась хоть какая-то теория, объясняющая кто виноват и что делать.


Второй предпосылкой появления новой теории являлась функция, описывающая взаимодействия частиц при столкновениях. Вот такая:

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

А график её для действительных чисел в качестве аргументов:

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Функция сама по себе довольно примечательная, описана была в своё время математиком Эйлером и названа в его честь бета-функцией Эйлера. Или просто бета-функцией.

Цимес в том, что функция сия была изначально применена для описания колебания гитарных струн и ни о каких взаимодействиях элементарных частиц на тот момент Эйлер не задумывался. По факту получалось, что частицы взаимодействую так, как будто они и не частицы вовсе, а лишь «пакеты» колебаний, волны, распространяющиеся по неким одномерным объектам «струнам», которые «на самом деле» и являются той элементарной, основной формой материи, столь долго искомой физиками.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Физики ухватились за новую идею как изголодавшаяся собака за сахарную косточку. Ведь это сулило прорыв покруче того, что в своё время устроила теория относительности вместе со своим автором: если «струны» являются основой, а частицы – лишь «колебания», то разнообразные свойства частиц можно было бы объяснить просто разными характеристиками колебаний одного и того же объекта – струны. Ведь колебания могут выглядеть очень-очень по-разному («создавать» разные виды частиц) и иметь очень много характерных свойств (осуществлять разные виды взаимодействий). Естественно, это всё предстояло проверить…

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Понятное дело, что для проверки у физиков есть столетиями отработанный механизм: создаём мат. модель в рамках теории, чтобы описывала наблюдаемое и предполагаемое. Потом пытаемся найти что-то новое, что эта модель предсказывает.

Вот тут вылезла проблемка: математическое моделирование струнных теорий упёрлось в неразвитость математики как науки. Да, представьте себе, аналитических методов математики оказалось недостаточно. Пришлось подключать соответствующих головастых мужиков. Не только чисто математиков, но и геометров. Последних – в большей гораздо части. А уж они-то такого напридумывали…


Что имеем на сегодняшний день: струнные теории отлично способны описать происхождение всех элементарных частиц, полей и взаимодействий. Причём делают они это геометрическим способом: введение дополнительных измерений (ещё 6) позволило «свести» все виды взаимодействий (электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное) в один вид. Мало того, теории могли «снять» проблему сингулярности и «потери информации» в чёрных дырах, с которой не справилась теория относительности, они до кучи объяснили все виды наблюдающихся симметрий в элементарных частицах и нарушения этих симметрий.

Самое главное достижение – струнные теории действительно способны объяснить константы микромира (например, значение элементарного заряда) с точки зрения геометрии, то есть без «свободных параметров». Но тут косяк.

Огроменный такой косячище.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Нет, не такой. Ещё больше. Всё та же математика. Дело в том, что струнные теории (М-теория, если точнее) могут всё вышеперечисленное. Могут, но пока не делают. А вот для того, чтобы сделали, надо... ни много ни мало, а найти вид конкретной свёртки дополнительных 6 измерений, соответствующий нашей вселенной.

«Мы ведь почему не наблюдаем эти дополнительные 6 измерений? – спрашивают сами себя физики. - Потому что они свёрнуты на очень-очень малом масштабе!»

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Ещё меньше!

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Не, ну серьёзно. 10^(-35) метров!

Что значит свёрнуты? Это несложно. Представьте себе бесконечный лист бумаги. Простой плоский, скучный. Вы можете по нему ходить вправо-влево, взад-вперёд сколько угодно.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

А теперь тот же лист обрежем, свернём бубликом и склеим края, вот так:

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Допустим, Вы всё ещё можете ходить по его поверхности. Хоть весь день, хоть всю жизнь, хоть дольше. В любом случае, как бы долго вы не ходили, с одной стороны Вы останетесь в пределах довольно ограниченной области пространства, а с другой – намотаете ровно столько километров, сколько решили намотать. В данном случае бублик – свёрнутое измерение.

Другой пример – сфера, поверхность нашей матушки-Земли. Ходите/плавайте сколь угодно долго, но Вы всё равно останетесь на её поверхности. Правда, устанете.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Фигня в том, что свёртка измерений, предсказываемая в рамках М-теории, далеко не так проста и выглядит не как сфера или бублик, а как один из вариантов так называемых конфигураций Калаби-Яу. Так:

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Или так:

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Или…

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

Вариантов – 10^500. И каждый соответствует своей возможной вселенной. Какой именно наш – пока что хрен знает.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост

А может и не знает. Но для дальнейшего использования всего семейства теорий струн конкретный вариант всё-таки надо найти.

Над этим и трудятся наши мозговитые геометры с математиками уже которое десятилетие. Не сказать, чтобы они стали близки к итогу, но продвинулись весьма значительно, попутно изобретя и накопав столько всего, что хватило аж на несколько отдельных отраслей науки: собственно геометрия высших пространств, топологический анализ, теория алгоритмов и кое-чего ещё, покруче. Основная проблема, правда, всё ещё остаётся: заумность выбранной области науки такова, что даже исследование подходов для её исследования далеко не простое. А уж придуманные даже на данный момент инструменты порой бьют по мозгам не хуже хорошего паровоза. Одно пространственное расслоение чего стоит.


Подводя итог:

Семейство струнных теорий замахнулось на примерно то же, что в своё время сделала теория относительности с гравитацией и релятивизмом – геометрическое обоснование природы элементарных частиц. Без свободных параметров (или с очень малым их количеством).

Струнные теории способны объяснить все виды наблюдаемых частиц и взаимодействий. Фактически может получиться теория вообще всего.

Так же они (возможно) способны объяснить природу и структуру пространства-времени как такового (что, собственно, проистекает из геометрического подхода).

Сама по себе разработка этих теорий очень сильно подтолкнула сопряжённые науки. Как ни странно, огромная сложность так же способствовала развитию альтернативных теорий, как не опирающихся на геометрию вообще, так и использующих совершенно иные подходы, но в рамках той же геометрии.

Благодаря этому пресловутому семейству появились даже такие теории, которые рассматривают вселенную как фрактальную структуру бесконечной вложенности (можно найти сколь угодно малые «частицы», которые тоже делятся на что-то).


Это главные достижения всего семейства. Естественно, у каждой теории есть недочёты и недостатки, а большую часть из них я тут вообще не упомянула. Но в данном посте такая задача и не ставилась.На этом всё.

В связи с некоторыми обстоятельствами, это последний мой пост по теоретической физике на данном ресурсе. Спасибо, что прочитали.

Теория струн. Зачем она? Теория струн, Физика, Квантовая физика, Длиннопост
Показать полностью 17
111

Чёрные дыры и краш-тест общей теории относительности

Чёрные дыры и краш-тест общей теории относительности Yes Future, Теория относительности, Альберт Эйнштейн, Черная дыра, Физика, Длиннопост

Сегодня астрономы Европейской Южной Обсерватории собираются представить миру первую в истории фотографию горизонта событий (проще говоря границы) черной дыры Стрелец А. Этот объект хоть и находится в самом центре нашей галактики Млечный путь, но от Земли до него целых 25 000 световых лет.

Событие достаточно громкое — вероятно, теория относительности на массивных объектах будет подтверждена или опровергнута.

В каком-то смысле чёрные дыры всё ещё объекты гипотетические. Но астрономы практически не сомневаются в их реальности — получено огромное количество косвенных доказательств их существования. Сфотографировать чёрную дыру (да и вообще увидеть) невозможно — эти объекты поглощают всё электромагнитное излучение. А это значит, что ни радиотелескоп, ни оптический не могут её увидеть.

Но чёрные дыры “выдаёт” их окружение. Их гравитация притягивает пыль и газ, поэтому на границе черной дыры материя образует аккреционный диск. Атомы там двигаются с невероятной скоростью. На таких скоростях материя настолько раскаляется, что начинает излучать рентгеновское и другие мощные излучения.

Учёные из Европейской южной обсерватории обещают нам показать тень чёрной дыры. По форме тени чёрной дыры, можно будет определить расходится ли теория гравитации с реальным положением дел.

Если тень будет иметь заранее смоделированную форму, то это будет означать, что общая теория относительности вблизи чёрной дыры сохраняется. А вот самые небольшие отклонения покажут, что теория гравитации Эйнштейна имеет определённые оговорки.
Это создаёт огромный простор для физиков теоретиков для создания новых теорий, в которые впишется поведение чёрных дыр.

Можно сказать происходит самый сумасшедший краш-тест во Вселенной. На кон поставлено будущее современной физики.

Официальный доклад учёных начнётся сегодня в 17:00 по московскому времени.
Ссылка на трансляцию:
https://www.youtube.com/watch?v=Dr20f19czeE&feature=youtu.be

Как думаешь, мы на пороге новых открытий?

Чёрные дыры и краш-тест общей теории относительности Yes Future, Теория относительности, Альберт Эйнштейн, Черная дыра, Физика, Длиннопост
Показать полностью 1
1649

Скорость света сняли с помощью сверхбыстрой камеры

Скорость света сняли с помощью сверхбыстрой камеры Скорость света, Видео, YouTube, The Slow Mo Guys, Физика

Известные блогеры youtube-канала The Slow Mo опубликовали новый видеосюжет, в котором показали, как выглядит в реальности перемещение света. Для этого они использовали камеру, способную снимать со скоростью 10 триллионов кадров в секунду.

Скорости камеры оказалось достаточно, чтобы она смогла зафиксировать перемещение света. Сюжет блогеров за сутки посмотрели почти полмиллиона человек.

"У меня странные ощущения, словно человек никогда не должен был бы это видеть. Мы словно проникли в основание Вселенной", - отметил один из блогеров.

742

Физика

Физика Физика, Аристотель, Галилео, Ньютон, Квантовая физика, Теория относительности, Учебник, Альберт Эйнштейн

Аристотель сказал кучу неправильных вещей. Галилей и Ньютон все починили. Потом Эйнштейн снова все сломал. Теперь мы почти все поняли, кроме маленьких вещей, больших вещей, горячих вещей, холодных вещей, быстрых вещей, тяжелых вещей, темных вещей, турбулентности, и понятия времени.

74

Волче-заячий дуализм

Привет! В прошлом посте завязалась дискуссия, много кто интересовался светом. Анахорет решил сделать пару комиксов на эту тему, вдруг понятнее станет что-нибудь)) https://pikabu.ru/story/pyatno_aragopuassona_6406475

Волче-заячий дуализм Наука, Физика, Альберт Эйнштейн, Квантовая физика, Анахорет, Длиннопост
Волче-заячий дуализм Наука, Физика, Альберт Эйнштейн, Квантовая физика, Анахорет, Длиннопост
Показать полностью 1
75

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света

Продолжение. Часть 1, часть 2.


В первой части своего повествования, я упомянул как аксиому тот факт, что скорость света постоянна и не зависит от системы отсчёта, однако, не рассказал, зачем вообще нашей вселенной понадобилось ограничивать максимальную скорость передвижения. Данный пост я хочу посвятить исключительно ответу на вопрос


ЗАЧЕМ ВСЕЛЕННОЙ СКОРОСТЬ СВЕТА И ПОЧЕМУ СВЕТ ЗДЕСЬ НИ ПРИ ЧЁМ?


Имеет ли скорость света какое-либо отношение собственно к свету? Что же делает скорость света такой «специальной», почему мы наблюдаем такой «Вселенский» заговор, препятствующий всем фотонам (да что там фотонам – чему угодно!) перемещаться быстрее, чем предельные 299 тыс. км/с?


Ответ — данное утверждение ложно. Вернее оно перевёрнуто с ног на голову. Вселенная не устроена так, чтобы поддерживать скорость света постоянной, в действительности пространству-времени наплевать на свет, оно и сейчас расширяется быстрее скорости света и при этом ещё и продолжает ускоряться. Вселенское ограничение скорости имеет более глубокие корни.


В предыдущем посте я уже затронул причинность при рассказе о пространственно-временных интервалах. Причинно-следственные связи — это единственное, о чём могут договориться любые наблюдатели, находящиеся в любой системе отсчёта.

Но почему у причинности имеется максимальная скорость? И почему эта скорость случайно совпадает со скоростью света в вакууме?


Давайте разбираться, и начнём мы издалека, с 1632 года, когда Галилео Галилей предстал перед судом Святой Инквизиции за его поддержку в своей книге идей Коперника о гелиоцентрической системе мироустройства. Однако, кроме всего прочего, в своей книге Галилей так же упомянул «принцип относительности», который его словами звучал примерно так:

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Галилео заявлял, что не только нет никакого особенного места, но и нет никакой особенной скорости, которая могла бы повлиять на исход «механического эксперимента» в системе, которая движется прямолинейно и без ускорения. Это одно из великих предвидений Галилея было позднее кодифицировано другим гигантом — Исааком Ньютоном в своих «законах».


Перенесёмся на 200 лет позднее для того, чтобы встретить ещё одного героя нашего рассказа – Джеймса Кларка Максвелла, который умудрился вплести эти законы в 4 уравнения, элегантно описывающие весь феномен электромагнетизма.


К концу 19 века у нас были законы Ньютона, уравнения Максвелла, ещё несколько теорий, и общее ощущение того, что физика закончилась и вселенная познана... кроме двух маленьких проблемок — первые намёки на квантовую природу Вселенной и небольшую сумятицу, которые уравнения Максвелла внесли в Галилееву относительность. Вообще, и Ньютонова механика негласно опиралась на предположение, что скорость света бесконечно велика, а если бы это было действительно так, то это повлекло бы весьма серьёзные осложнения, однако, давайте разберёмся с уравнениями Максвелла, вот они:

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Эти уравнения настолько значимы, что отлиты в бронзе на его памятнике. Не пугайтесь, примерный смысл этих уравнений выражается следующим образом:


1. Электрический заряд является источником магнитной индукции (теорема Гаусса).

2. Магнитный заряд отсутствует (теорема Гаусса для магнитной индукции)

3. Изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле (закон индукции Фарадея)

4. Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле (закон Ампера - Максвелла).


Тот перевёрнутый треугольник называется "набла" - это просто индикатор особой операции, чуть сложнее, чем операторы + или —.


Но будем проще. Позовём наших друзей, Алису и Бориса, которые путешествуют на железнодорожной платформе. При этом Алиса ещё катается на скейте... и она электрическая, нам ведь нужно что-то электрически-заряженное, чтобы генерировать магнитное поле. Выглядит это как-то так:

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Перемещаясь по платформе, Алиса генерирует магнитное поле, и мы, зная уравнения Максвелла, можем посчитать силу данного поля, зная полную скорость Алисы (v1 + v2). Мы так же можем прямо измерить эту силу при помощи физического эксперимента.


Борис — кот учёный и тоже умеет считать. Наблюдая за перемещениями Алисы со скоростью v1 он так же посчитает силу магнитного поля... и что-то не сходится. Очевидно же, что сила магнитного поля, которое генерирует Алиса, одна и та же. Мы измеряем не само поле, а его эффект — силу Лоренца — зависимый от скорости баланс между электрическим и магнитными полями. Оба поля работа работают, чтобы создать эту силу (полная сила электромагнитного поля на движущийся со скоростью v заряд q, в которую вносит свой вклад как электрическое Е, так и магнитное B поля:


F = q(E + [v × B])


Причём, сила эта не зависит от системы отсчёта. Это наводит нас на мысль о том, что электромагнитная сила каким-то образом связывает скорость и пространство-время. Как же нам выявить эту связь? Борису и нам нужна какое-нибудь волшебное преобразование, позволяющее переводить уравнения Максвелла из одной системы отсчёта в другую.


Таким примером могло бы служить Галилеево преобразование, которое просто говорит о том, что скорости складываются, а пространство и время не зависят от скорости. То же самое преобразование использует Ньютоновская механика, и мы только что применили их для преобразования уравнений Максвелла к скорости Алисы.


x' = x – vt


Но внезапно оказалось, что к уравнениям Максвелла нельзя применить Галилеево преобразование таким образом, чтобы они выдавали непротиворечивые результаты, иными словами они НЕ ИНВАРИАНТНЫ!


Вроде бы они и выдавали правильные значения для низких скоростей, но приводили в полный хаос векторные составляющие полей, а для высоких скоростей эти значения... нет, просто забудьте о высоких скоростях! Физика совсем поломалась!


После преобразований, линии напряжённости магнитного поля будут выглядеть как-то так:

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Так что же, Максвелл был неправ? Нет, как выяснилось, неправ был Галилей.


Преобразования, на которых работала Ньютоновская механика, были неправильными. Единственные работающие преобразования, были Лоренцевы (о них я рассказывал в первой части), но до сего момента они были чуть больше, чем некая математическая абстракция для преобразования поворота в четырёхмерном пространстве (к слову, к современному виду их привёл французский математик Анри Пуанкаре за 5 лет до Эйнштейна в 1900 года, который об этой работе не знал и сделал то же самое лишь в 1905).


Лоренцевы преобразования были известны задолго до Эйнштейна. Кому интересно узнать больше, на Википедии есть хорошая статья про то, как их можно вывести самостоятельно в домашних условиях.


Вкратце, история сводится к следующим логическим выкладкам:


Давайте честно признаем, что сложение скоростей (v1 + v2) не работает! Необходимо другое преобразование!


Законы физики работают неизменно, вне зависимости от положения, ориентации или скорости. Нам абсолютно не важно, где находится Алиса, в каком направлении, и с какой скоростью она движется. Это должно быть так — Земля вертится вокруг своей оси, вращается вокруг Солнца, Солнце вращается вокруг центра Млечного пути, наше положение, ориентация и скорость меняются кардинальным образом, в зависимости от нашей точки зрения, но наши физические эксперименты выдают одни и те же результаты, несмотря на это.


Теперь давайте сделаем ещё одно смелое предположение — что Вселенная устроена логично!


Добавим так же требование, что нам постоянно необходимо делать преобразования между разными системами отсчёта туда и обратно и получать непротиворечивые результаты — мы должны иметь возможность пройти путь преобразований при переходе из в системы отсчёта Алисы к системе отсчёта Бориса, затем – в нашу систему отсчёта, откуда мы их наблюдаем, а затем повторить весь путь назад к Алисе и получить те же результаты, с которых мы начали, при этом изменяя лишь один параметр — скорость.


И наконец, добавим ко всему этому щепотку алгебры — получим преобразования Лоренца. Единственное преобразование, которое отвечает всем нашим требованиям!


Эйнштейн заподозрил, что поскольку данные преобразования столь хорошо справляются сзадачей, возможно, они описывают некие фундаментальные законы самой природы пространства-времени, природы нашей реальности.


Однако, в формуле преобразования Лоренца присутствует некая константа c, значение которой нам неизвестно.

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Физический смысл этой константы – вселенский скоростной предел. Почему? Потому что без неё константы, преобразования Лоренца бы попросту не работали, данная константа — необходимый элемент формулы преобразования, без которого обойтись невозможно. Преобразования Галилея — это лишь частный случай преобразований Лоренца, гдс c = ∞. И действительно, с точки зрения симметрии и относительности, константа c действительно могла бы быть бесконечной.


При помощи преобразований Лоренца, наконец, позволили получить инвариантные версии уравнений Максвелла (согласованное значение для магнитного поля Алисы, вне зависимости от системы отсчёта: нашей, Бориса, либо её собственной), без них, мы бы не смоли дать описания законам электромагнетизма — это стало ещё одним подтверждением того, что данные преобразования корректно описывают окружающую нас действительность.


Однако, не любое значение константы с нам подойдёт. Данное значение должно быть комбинацией значений фундаментальных констант в уравнениях Максвелла, иными словами, для того, чтобы электрические законы и законы магнетизма работали, нам так же необходимо ограничение — совершенно определённое значение константы c в формуле преобразования Лоренца.


Так что же это за значение? Да можно просто найти его комбинируя результаты физических экспериментов с электромагнитными полями, а затем — применять к этим значениям преобразования Лоренца туда и обратно с разными значениями с. Когда после преобразования из одной системы отсчёта в другую и обратно результаты совпадут с исходными, это и будет требуемым нам значением. Но подождите... ВНЕЗАПНО оказывается, что значение, которое мы нашли, в точности совпадает с измеренной скоростью распространения электромагнитных волн — скоростью света.


Ещё со времён Ньютона мы знаем, что масса обременяет движение, если же у чего-либо отсутствует масса, то нет и никаких препятствий двигаться настолько быстро, насколько это вообще возможно. Фотоны, гравитационные волны, глюоны — всё, что не имеет массы движется в нашей Вселенной с максимально-возможной скоростью. Соответственно, и для передачи информации (взаимодействия) между двумя уголками Вселенной, максимальной скоростью будет являться скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.


Иными словами, скорость света, это максимальная скорость распространения причинно-следственных связей — скорость причинности.


Взгляните на рисунок — это трёхмерное представление уже знакомой нам диаграммы Минковского. К нашему настоящему моменту (красная стрелка показывает наблюдателя) из прошлого сужается воронка — наш «световой конус прошлого». На наше текущее настоящее может повлиять только событие, которое попадает в рамки данного конуса — этот конус — наш «горизонт событий». В будущее воронка расходится и включает в себя все события, на которые мы в состоянии повлиять из настоящего момента. Если событие находится за пределами нашего светового конуса, то причинно-следственной связи между такими событиями быть не может.

Специальная теория относительности. Часть 3 Лирическое отступление про скорость света Скорость света, Теория относительности, Научпоп, Физика, Длиннопост

Интерпретация Эйнштейном ФИЗИЧЕСКОГО СМЫСЛА преобразований Лоренца и дала нам Специальную Теорию Относительности, установив фундаментальную связь между пространством и временем.


Так что бы было, если бы не было этого Вселенского ограничения скорости? Если мы оставим значение c = ∞ (сейчас речь о константе c в преобразованиях, а не о скорости света), то не было бы и массы, так как на создание какой-либо массы потребовалось бы бесконечное количество энергии (E = mc²), во вселенной существовали бы только безмассовые частицы, перемещающиеся на бесконечной скорости.


Существование самого пространства-времени было бы невозможным – с бесконечным замедлением времени и сокращением расстояний до нуля, между событиями отсутствовали бы причинно-следственные связи (вернее, любое бесконечно-удалённое и бесконечно-давнее событие могло бы повлиять на любое событие в бесконечном будущем и наоборот), был бы вселенский хаос — безвременной танец безмассовых частиц в вечном «здесь и сейчас».


Разумеется, мы не могли бы существовать в подобном парадоксе. Для возникновения нашей Вселенной, ей просто необходимо было ограничить максимальную скорость причинно-следственных связей, иначе она попросту не могла бы возникнуть и существовать .


В следующей части мы поговорим об эквивалентности массы и энергии и об истинном смысле формулы E = mc².

Показать полностью 6
783

Что вы увидите при разгоне до скорости света

Из-за аберрации света и эффекта Доплера картинка так необычно искажается. А из-за замедления времени, которое описывает теория относительности, полет даже к самым далеким звездам может занять всего несколько минут (если вы выдержите такое ускорение, правда:))

Что вы увидите при разгоне до скорости света Физика, Наука, Скорость света, Скорость, Космос, Время, Теория относительности, Эффект Доплера, Гифка
67

Расшифровать алфавит Майя, создать квантовую теорию поля и сыграть на Бонго. А вам слабо?Ричард Фейнман.

Продолжаем рассказывать о тех, кто повлиял на науку и современную жизнь. Сегодня в рубрике Ричард Фейнман — выдающийся физик, нобелевский лауреат, один из изобретателей квантовой теории поля. А ещё художник, микробиолог, взломщик сейфов и даже музыкант бразильского уличного оркестра.

Расшифровать алфавит Майя, создать квантовую теорию поля и сыграть на Бонго. А вам слабо?Ричард Фейнман. Физика, Ричард Фейнман, Ученые, Yes Future, Квантовая физика, Знаменитости, Длиннопост

Какой он был в жизни?

Ричард Фейнман был разносторонний человек с прекрасным чувством юмора — он ломает все стереотипы о занудстве учёных. Вскрыть десятки сейфов с документами о ядерной бомбе? Пожалуйста. Сыграть на бонго? Легко. На спор научиться писать картины? И на это мистер Фейнман был способен. Ему были интересны как расшифровка письменности Майя, так и фундаментальные вопросы квантовой физики.

Влияние

Создал «диаграммы Фейнмана», которые изображают взаимодействие фермионов (кванты материи) и бозонов (квантов поля) в координатах пространства и времени. Применение разработанного им метода позволило создать Стандартную модель квантовой физики. Это представление лежит в основе современной физической картины мира.

Квантовая механика описывает физические процессы микромира как вероятностные. Элементарная частица может перейти из состояния А в состояние Б по любой не запрещенной траектории в пространстве и времени, таких траекторий может быть бесконечное множество. Математически это обращается в бесконечно большую физическую величину – например, массу или энергию. Фейнман показал, что не обязательно оперировать бесконечным числом траекторий, а можно просто интегрировать их, объединив в единую ожидаемую траекторию. Это математическое обобщение избавляло от бесконечностей и громоздкости.

Расшифровать алфавит Майя, создать квантовую теорию поля и сыграть на Бонго. А вам слабо?Ричард Фейнман. Физика, Ричард Фейнман, Ученые, Yes Future, Квантовая физика, Знаменитости, Длиннопост

Созданные диаграммы украшали автомобиль физика, Dodge Tradesman с номером QANTUM ("квант") J

Более подробно биография описана в книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!». Также очень советую послушать его записи его лекций по физике — с юмором и увлекательно учёный рассказывает о физических законах.

Показать полностью 1
138

Квантовая запутанность и ее новые формы.

Квантовая запутанность и ее новые формы. Квантовая физика, Наука, Yes Future, Будущее, Длиннопост

Квантовый мир атомов и частиц причудлив и удивителен. На квантовом уровне частицы могут проникать через непроницаемые барьеры и быть в двух местах одновременно. И это отнюдь не математические причуды, а реальные эффекты, которые можно наблюдать в лаборатории снова и снова. Но на этом удивительные свойства частиц в квантовом мире не заканчиваются. Одной из характерных особенностей квантовой механики является "квантовая запутанность".

Запутанные частицы остаются загадочным образом связанными на любом расстоянии. И вот три независимых европейских группы ученых смогли запутать не просто два отдельных атома, а целые облака, состоящие из большого количества частиц. И самое интересное, что они нашли способ задействовать технологический потенциал своего открытия.

Когда частицы запутываются, они обмениваются свойствами, которые делают их зависимыми друг от друга. И неважно как далеко друг от друга они находятся. Эйнштейн назвал запутанность «жутким действием на расстоянии», поскольку изменение одной частицы в запутанной паре мгновенно воздействует на ее пару — независимо от того, насколько она далека.

Квантовая запутанность и ее новые формы. Квантовая физика, Наука, Yes Future, Будущее, Длиннопост

Возможные применения

Ученые предполагают, что разработанные методы можно расширить так, что каждый атом в облаке будет использоваться независимо. И если это удастся сделать, для квантовых вычислений это будет просто сказочно. В цифровых вычислениях информация обрабатывается в форме нулей и единиц, или битах. В квантовых же им на замену приходят кубиты. Текущий рекорд количества работающих кубитов в виде запутанных ионов (заряженных атомов) всего несколько десятков, поэтому тысячи кубитов, которые одновременно работают в облаке, будут представлять серьезное достижение.

Другая область, которая получит выгоду от этого прорыва, — метрология, наука сверхточных измерений. Когда между двумя частицами или системами образуется запутанность, измерения, сделанные на одной половине, раскрывают информацию о другой. Это позволяет измерять параметры с большей чувствительностью, чем было бы возможно в противном случае. Запутанность, используемая таким образом, сможет повысить точность атомных часов и систему глобального позиционирования (GPS), либо помочь в производстве более чувствительных детекторов для МРТ-машин, например.

Квантовая запутанность и ее новые формы. Квантовая физика, Наука, Yes Future, Будущее, Длиннопост

Понимание и использование квантовых эффектов, таких как запутанность, позволят создавать новые технологии, возможности которых будут превосходить наши современные. Поэтому так много внимания уделяется исследованиям в области квантовых технологий и поэтому так важны любые прорывы в этой области.

Показать полностью 1
196

Когда частица может двигаться быстрее скорости света

Когда частица может двигаться быстрее скорости света Физика, Скорость, Скорость света, Частица

В 1933 году в лаборатории Физико-математического института Павел Черенков и Сергей Вавилов обнаружили ранее неизвестный феномен. Чистая вода, без всяких примесей, начинала светиться под действием радиации. Как показали дальнейшие наблюдения, дело было в очень быстро движущихся заряженных частицах — быстрее света.

Слова "быстрее света" не ошибка: принципиально нельзя превысить лишь скорость света в вакууме, а в разных материалах он движется медленнее. Свет — это электромагнитная волна, колебания поля. Но в любом веществе есть атомы, которые вносят задержку в передачу энергии электромагнитной волной. Или просто не пропускают волну внутрь: это происходит в непрозрачных средах.

Если в вакууме предел составляет без малого 300 тыс. км/с (с такой скоростью за 1 с можно облететь Землю по экватору 7,5 раза), то в воде — только 225 тыс. км/с. Для оптического стекла значение еще меньше: некоторые сорта замедляют свет до 140 тыс. км/с.

Законы физики запрещают мгновенное изменение скорости, поэтому какое-то расстояние в среде частица пролетает быстрее "местного ограничения". Все это время она тормозит и, следовательно, теряет энергию, которой надо куда-то деваться. При торможении машины кинетическая энергия переходит в нагрев тормозов, а сверхсветовые частицы отдают избыток в виде квантов излучения, то есть света.

Детально эффект был описан Черенковым, Вавиловым, Игорем Таммом и Ильей Франком. Все они, кроме умершего в 1951-м Вавилова, получили Нобелевскую премию по физике. Сам эффект по сей день применяется в исследованиях, а наблюдается как в технике, так и в природе, главное — знать, куда смотреть.

Источник Чердак

Смотрите также:

Химики МГУ придумали, как повысить скорость зарядки аккумуляторов

Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: