💡 Современные процессоры работают с электрическими сигналами. Но исследователи активно изучают фотонные вычисления, где для передачи информации используются фотоны — частицы света.
У света есть важное преимущество: разные световые сигналы могут распространяться одновременно и с небольшими потерями.
Особенно перспективной технология считается для передачи больших объёмов данных и некоторых задач искусственного интеллекта.
Но полностью заменить обычные электронные процессоры фотоника пока не смогла.
То есть компьютер на свету уже не фантастика — просто до «посветил на ноутбук и он заработал» пока не дошло. 😄
Китайская команда физиков под руководством Ши-Ляна Чжу из Южно-Китайского педагогического университета впервые в мире проверила в реальной лаборатории знаменитый мысленный эксперимент Ричарда Фейнмана, которому почти 80 лет. Учёные работали с одиночными фотонами и выяснили, что две главные гипотезы великого физика блестяще подтверждаются на практике. Итоги исследования опубликованы в журнале Science Advances.
По мысли Фейнмана, квантовая частица, попадая из одной точки в другую, не выбирает единственный путь, а как бы проходит по всем мыслимым маршрутам сразу. Каждый из них вносит свой вклад в конечный результат, а все эти вклады складываются. При этом все траектории одинаково вероятны по величине, но различаются по фазе. Раньше это была лишь красивая теория, но никто не мог доказать её прямым экспериментом.
Учёные не стали следить за фотонами напрямую — это невозможно без разрушения их состояния. Вместо этого они измеряли амплитуду вероятности для каждой траектории, фиксируя изменения свойств света после прохождения через систему зеркал, линз и кристаллов. Всего им удалось восстановить данные для более чем 1,4 миллиона возможных путей. Чтобы ошибки не испортили результат, команда тщательно усовершенствовала каждый этап измерений.
Полученные данные полностью совпали с предсказаниями Фейнмана. Вероятности действительно сложились из суммы всех траекторий, все маршруты имели равную силу, а фаза каждой определялась классическим движением частицы. Это важнейший шаг в квантовых измерениях, который не только подтверждает теорию, но и открывает дорогу для подобных тестов в других средах, например, внутри материалов. Теперь у физиков есть прочная экспериментальная основа для новых открытий.
Мне 15 и я сам учу вышмат и физику, и решил создать toy-model. Приятного и буду рад помощи в коментах.
Все мы привыкли читать посты о физике, в которых описывается то, что уже давно открыто и было до нас.Как насчет поговорить о моей собственной теории, которую вы никогда и нигде не слышали?
КТЦ - Квантовая теория циклов.
Это будет не баян и не нейросетевой бред. Теория полностью придумана мной, она научно доказуема по формулам и косвенно проверяема на нашем синхротроне.
Теория струн крутится с 11 измерениями, но что если мы споткнулись на самом базовом понятии, с которого начинается любая физика? Давайте отбросим осторожность и зайдем с с другой стороны: времени в нашей Вселенной не существует. Это иллюзия.
БЛОК 1. ИЛЛЮЗИЯ ВРЕМЕНИ И ПЕРВОРОДНЫЙ ХОЛСТ INFRASPACE
1.1. Статичный монолит
Наука утверждает, что на самом глубоком, микроскопическом уровне времени как отдельной стрелы или координаты просто нет. Наша Вселенная в своей основе - это застывший, вечный четырехмерный монолит, который "уже целиком случился". Привычное нам время - секунды, минуты, часы - это лишь иллюзия нашего восприятия. Мозг просто придумал этот счетчик, чтобы ему было проще обрабатывать сигналы из окружающего мира.
1.2. Пространство до пространства
До появления нашего привычного мира существовал полный хаос, который я назвал Infraspace. В нем не было расстояний, не было понятий лево и право, не было метров и секунд. Если проводить аналогию - это полностью выключенный монитор компьютера. На нем еще нет пикселей и координатной сетки, только глухая чернота.
1.3. Вспышка и кристаллизация
Пространство рождается динамически. Импульсом для его создания выступает мощная вспышка энергии. Я назвал эти кванты энергии Creato-photons. Пролетая через первородный хаос, эта вспышка заставляет его застывать и кристаллизоваться в стабильную, жесткую сеть. Ячейки этой сети я назвал Creatons.
1.4. Что такое время на самом деле
Creaton - это базовый, самый крошечный пиксель ткани нашего пространства. И вот здесь раскрывается суть модели: время - это эмерджентное свойство системы. Это означает, что у отдельных кирпичиков этого свойства нет, а у всей структуры целиком оно появляется. Время - это просто эмерджентный счетчик, количество пикселей пространства, которые последовательно зажигаются и фиксируются в реальности мощным энергетическим фронтом. Если пиксели перестают зажигаться - время исчезает.
Рис. 1. Стабильная трехмерная сеть Креатонов (пикселей пространства), застывшая после фазового перехода
БЛОК 2. СКРЫТАЯ МАССА И НАТЯЖЕНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ТКАНИ
2.1. Катастрофа квантовой пустоты
Современная физика сталкивается с кошмарной проблемой при попытке рассчитать энергию пустого космоса. Формулы квантовой теории предсказывают, что вакуум должен обладать колоссальной, бесконечной массой. Эта скрытая энергия должна была разорвать Вселенную в первую же секунду её существования. Но в реальности пустой космос ничего не весит. Наша модель легко решает этот парадокс через закон экранирования.
2.2. Механизм космического замка
В нашей модели Планковская масса вакуума полностью нейтрализуется внутри связанной креатонной сети. Где она хранится? Она заперта в потенциальной энергии чудовищного натяжения самой сети, работая как сжатая до абсолютного предела пружина. Логически это прямой аналог механизма конфайнмента из физики элементарных частиц, где огромная энергия поля заперта внутри системы. Благодаря этому идеальная, неповрежденная сеть креатонов макроскопически кажется нам абсолютно невесомой пустотой.
2.3. Масса как ошибка системы
Масса и гравитация в привычном нам понимании проявляются исключительно там, где в этой сети происходит дефект или локальный разрыв. Почему после разрыва появляется масса и сколько она весит? В момент, когда нить креатонной решетки лопается, колоссальная потенциальная энергия натяжения высвобождается. По закону эквивалентности Эйнштейна (E = mc^2) эта освобожденная энергия мгновенно переходит в массу. Один такой фундаментальный разрыв весит строго Планковскую массу - около 2.17 * 10^-8 килограмма.
2.4. Чудовищная Планковская жесткость
Силу, с которой края этого разрыва пытаются соединиться, можно рассчитать по строгой формуле жесткости пространства: F = c^4 / G. Постоянная G здесь равна 6.67 * 10^-11. Для простоты округлим скорость света c до красивых 300 000 км/с. На фундаментальном уровне константа c - это коэффициент пропускной способности креатонной среды, определяющий, как быстро сеть способна передавать энергию. Подставив константы, мы получим чудовищный предел силы во Вселенной: 1.21 * 10^44 Ньютонов. Гравитация планет и черных дыр - это эмерджентный отклик системы, которая пытается залечить дефект ткани под действием этой безумной Планковской силы.
БЛОК 3. МАТЕМАТИКА ПЕРЕХОДА И ГЛАВНОЕ УРАВНЕНИЕ
3.1. Язык квантовых траекторий
Чтобы описать рождение пикселей-креатонов из первородного хаоса Infraspace, нам не обойтись без высшей математики. Для этого в нашей модели используется аппарат квантовой теории поля, а именно - функциональный интеграл по траекториям. Говоря простым языком, это уравнение, которое собирает воедино все возможные варианты зарождения геометрии нашей Вселенной и выдает итоговую вероятность фазового перехода хаоса в стабильную сеть.
3.2. Анатомия главного уравнения
Математический каркас модели выглядит следующим образом: мы берем интеграл от экспоненты, внутри которой зашито действие Максвелла и детерминант метрики пространства. В знаменателе формулы стоит фундаментальная комбинация констант. Чтобы не уходить в дебри девятизначных чисел, мы округлили скорость света c до красивых 300 000 км/с, о чем честно предупреждаем читателя. Наглядно:
3.3. Роль гравитационной константы
Вторым важнейшим элементом расчетов выступает гравитационная постоянная G, которая равна 6.67 * 10^-11. Именно она отвечает за масштабы взаимодействия. Магия уравнения заключается в том, что при переходе к мнимому времени (математический прием Уик-вращения) наш интеграл перестает выдавать бесконечности, которые обычно ломают уравнения Эйнштейна, и красиво описывает точку кристаллизации сети креатонов.
3.4. Временной запрет Паули
Второе важнейшее уравнение модели вводит понятие Волевого Запрета Паули на временной координате. Это математическое правило запрещает времени двигаться назад во времени, стирая старую информацию или дублируя кадры Вселенной. Прошлое жестко запечатывается Креатонным Монолитом, превращаясь в жесткую геометрию, а фотоны могут двигаться только вперед, рождая новые пиксели пространстве.
БЛОК 4. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЛИМИТЫ И КВАНТОВЫЙ ОТСКОК ЯДРА
4.1. Избавление от деления на ноль
Главная беда уравнений Эйнштейна - это сингулярность. По старым теориям, при сжатии Вселенной вся её масса должна схлопнуться в точку с бесконечной плотностью. Математически это деление на ноль, то есть тупик. Наша модель полностью избавляет космологию от этого лага бесконечности с помощью критической плотности Креатонного Монолита.
4.2. Круговорот Креато-фотонов и Тёмной энергии
Расширение Вселенной не вечно. Прямо сейчас родительские Креато-фотоны летят сквозь хаос, кристаллизуя новые участки сети, что порождает критическое натяжение и ESBL - то есть выделение Тёмной энергии. Но этот ресурс ограничен. Когда родительские Креато-фотоны исчерпают свой энергетический потенциал, лавинообразный рост Тёмной энергии прекратится. Упругое натяжение космической ткани ослабнет, и глобальная гравитация Монолита начнет неумолимо стягивать все креатоны и фотоны обратно в одну точку.
4.3. Сверхсветовой разгон и Сверхплотное Скопление UDCC
В процессе этого тотального сжатия гравитация вместе с натянутыми петлями пространства начинает действовать как гигантская космическая праща. Накапливая колоссальную кинетическую энергию, фотоны внутри сжимающихся петель преодолевают стандартный порог в 300 000 км/с и разгоняются до сверхсветовой скорости. В финале этого гравитационного пике вся масса Вселенной спрессовывается в состояние UDCC (Сверхплотное Креатонное Скопление). Креатоны физически не могут быть сжаты плотнее своего неделимого Планковского объема. Плотность достигает предела - 5.1 * 10^96 кг/м³, и встречное квантовое давление петель мгновенно обнуляет скорость сжатия.
4.4. Пиковая мощность космической рогатки
В точке абсолютного торможения UDCC накопленная сверхсветовая энергия запускает Планковский отскок. Его мощность рассчитывается как сила натяжения нитей пространства, умноженная на скорость света. Результат поражает: 3.6 * 10^52 Ватт. Происходит Квантовая инверсия креатонного ядра. Этот фазовый переход мгновенно разбрасывает креатоны наружу, формируя пустые космические пустоты (войды) и начиная новый цикл расширения Вселенной.
БЛОК 5. ТЕОРИЯ КВАНТОВОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ И РЕШЕНИЕ АНОМАЛИЙ
5.1. Онтология Тёмной энергии через разрыв петель
При расширении Вселенной на макромасштабах в пустых космических пустотах (войдах) возникает критическое Планковское натяжение нитей пространства-петель. Когда сила натяжения превышает предел 1.21 * 10^44 Ньютонов, петли локально рвутся. Этот процесс порождает ESBL (Энергетический Всплеск Разорванных Петель). Скрытая кинетическая энергия натяжения лавинообразно высвобождается и расталкивает космос наружу - это и есть то, что астрономы ошибочно зовут Тёмной энергией.
Процесс ESBL: локальный разрыв перенапряженных петель пространства. Высвобожденная энергия толкает космос наружу, а обломки застывают в виде Инертных Креатонов
5.2. Рождение Тёмной материи из космических ошмётков
Обломки и ошмётки лопнувших нитей пространства не исчезают, а застывают в вакууме в виде Инертных Креатонов. Они полностью теряют когерентность с Креато-фотонами и ослепляют. Это значит, что они теряют способность взаимодействовать со светом и проводить его, становясь абсолютно прозрачными. Однако они сохраняют свою изначальную гравитационную Планковскую массу (2.17 * 10^-8 кг на разрыв). Именно эти невидимые обломки физики и называют Тёмной материей.
5.3. Субгеометрический Креатонный Кластер "SCC"
Под действием собственной слабой гравитации Инертные Креатоны лениво стягиваются друг к другу. Так как они не имеют электромагнитных и ядерных связей, они не могут склеиться в плотный твердый шар. Они образуют Субгеометрический Креатонный Кластер (SCC), который физически устроен как пористый пластилиновый конгломерат или губка с дырками. Ошмётки пространства просто хаотично и рыхло запутаны друг в друге на уровне геометрии.
5.4. Как СКИФ поймает космическую губку
Наличие микро-пустот и каверн в этом пластилиновом кластере является идеальной ловушкой для рентгеновских фотонов СКИФа. Свет залетает в дырки губки, многократно переотражается от внутренних стенок запутавшихся нитей и вылетает обратно строго под углом 60 градусов, генерируя уловимый эхо-сигнал. Масштаб этих кластеров ограничен атомным размером - порядка 10^-11 метров - из-за баланса сил слабого реликтового отталкивания.
5.5. Квантовое туннелирование через Дуальный Креатонный Тракт DCT
Феномен туннелирования частиц сквозь непробиваемые потенциальные барьеры объясняется через механику Дуального Креатонного Тракта (DCT). Пространство представляет собой плотный креатонный медиум (среду). Когда электрон бьет в стену барьера, сама частица не пролетает сквозь кирпичи. Врубается эффект домино: квантовый импульс электрона мгновенно передается по цепочке креатонов Дуального Тракта.
5.6. Импульсная телепортация
Поскольку связи в DCT двусторонние и идеально симметричные, импульс без потерь долетает до противоположного края стены, и оттуда срывается и вылетает другой, идентичный электрон. Происходит импульсная телепортация квантового состояния посредством коллективных возбуждений самой среды.
Механика Дуального Креатонного Тракта (DCT). Импульс электрона передается по цепочке креатонов, заставляя вылететь идентичную частицу с другого конца стены
5.7. Идентичность элементарных частиц и ДНК пространства
Парадокс того, почему все электроны или кварки во Вселенной абсолютно одинаковы, как под копирку, решается через общую ДНК пространства. Элементарная частица - это не отдельный шарик, летящий в пустоте, а стабильный геометрический узор или узел, сшитый из самих Креатонов. Поскольку вся креатонная сеть нашего космологического цикла соткана единой высокоэнергетической волной Креато-фотонов, законы геометрии везде одинаковы. Узел пространства везде завязывается абсолютно идентично, гарантируя стопроцентную неразличимость частиц.
БЛОК 6. КОСМИЧЕСКАЯ СИМФОНИЯ: ФИЛОСОФСКИЙ ВЫВОД
6.1. Мы застряли в текстурах
Если наша модель верна, то привычная нам картина мира переворачивается с ног на голову. Мы привыкли считать себя гордыми обитателями огромного космоса, которые перемещаются во времени и пространстве. На деле всё гораздо прозаичнее. Времени нет. Пространство статично. А всё, что мы называем материей, планетами, звездами и нами самими - это просто локальные дефекты, шрамы и ошибки рендеринга на вечной Планковской сети.
6.2. Вечная музыка креатонов
Но в этой ошибке рендеринга есть своя пугающая красота. Подобно тому, как дефекты в кристалле полупроводника заставляют светиться экран вашего смартфона и рождают сложнейшие компьютерные миры, дефекты креатонной сети рождают нашу реальность. Наша Вселенная - это не хаотичный набор летящих осколков Большого взрыва. Это застывшая, грандиозная геометрическая симфония, где каждый из нас - всего лишь красивая лопнувшая нить в бесконечной космической ткани.
Надеюсь вам понравился этот пост и мои мысли. Я был бы рад продвижению и вашему лайку, а если не понравилось то хотелось бы послушать ваше мнение. Буду рад любому коментарию и с радостью отвечу.
С водой всё более-менее привычно. Охлаждаем — получаем лёд. Нагреваем — пар. Подбираемся к критической точке — и свойства вещества начинают резко меняться.
Но попробуйте проделать тот же мысленный эксперимент со светом.
Фотоны не лежат в банке, не сталкиваются друг с другом как молекулы газа и, что особенно неудобно, вообще имеют привычку исчезать в стенках сосуда.
И всё-таки физики из Бонна, Гейдельберга и Национального автономного университета Мексики сделали практически именно это: создали двумерный «газ света», подвели его к фазовому переходу и впервые увидели у фотонов характерное критическое поведение.
Самая интересная часть здесь даже не бозе-эйнштейновский конденсат.
Странность в другом: почти не взаимодействующие частицы света начали демонстрировать коллективное поведение по тем же математическим законам, которые описывают фазовые переходы совершенно других физических систем.
Сначала проблема: как вообще сделать газ из света?
Если выпустить фотоны в обычную коробку, газ из них получится довольно плохой.
Молекулу воздуха стенка сосуда обычно просто отбрасывает обратно. Фотон стенка может поглотить — и конкретного фотона больше нет.
Кроме того, обычный газ приходит к тепловому равновесию благодаря огромному количеству столкновений между молекулами. Фотоны в вакууме практически не взаимодействуют друг с другом.
Поэтому исследователи построили довольно хитрую «коробку».
Это оптический микрорезонатор: два зеркала расположены настолько близко, что свет многократно отражается между ними. Пространство для движения фотонов в одном направлении оказывается сильно ограничено, поэтому система фактически становится двумерной.
Между зеркалами находится раствор красителя.
И вот краситель здесь — не декоративная деталь.
Молекулы постоянно поглощают фотоны и снова их испускают. При этих циклах энергия света перераспределяется между фотонами и молекулами красителя.
В результате фотонный газ может термализоваться — то есть прийти к распределению энергий, похожему на распределение частиц обычного газа при определённой температуре.
Фотон исчез при поглощении?
Да.
Потом испустился другой?
Тоже да.
Но для статистической физики важна не биография конкретного фотона, а состояние всей системы.
И это уже первый довольно красивый удар по бытовой интуиции: газ может существовать даже тогда, когда его отдельные «частицы» постоянно уничтожаются и рождаются заново.
А потом свет начали «охлаждать»
Здесь слово «охлаждать» легко понять неправильно.
Исследователи не взяли фонарик и не положили его в морозилку.
В системе с красителем многократные поглощения и переизлучения позволяют фотонам обмениваться энергией со средой. Их распределение постепенно приходит к тепловому равновесию.
А дальше происходит то, ради чего всё строилось.
Когда число фотонов становится достаточно большим, всё больше из них начинают занимать одно и то же низкоэнергетическое состояние.
Возникает бозе-эйнштейновский конденсат фотонов.
Само по себе это уже не новое открытие — фотонные конденсаты экспериментально получают больше десяти лет.
Новым оказалось то, что физики сумели очень внимательно посмотреть на систему не после перехода, а непосредственно при приближении к нему.
И там обнаружилась знакомая странность.
Перед переходом фотоны словно начинают «договариваться» на всё больших расстояниях
Представьте обычный магнит.
При высокой температуре направления микроскопических магнитных моментов сильно перемешаны. Но по мере приближения к температуре фазового перехода возникают всё более крупные области, внутри которых части системы ведут себя согласованно.
Характерный размер таких областей называют корреляционной длиной.
Чем ближе критическая точка, тем она больше.
Причём растёт она не как попало.
У этого роста есть математический закон:
ξ ∝ |T − Tc|⁻ν,
где ξ — корреляционная длина, Tc — критическая температура, а ν — так называемый критический показатель.
И вот здесь начинается самое интересное.
Значение этого показателя определяется не всеми микроскопическими деталями вещества.
Железо не обязано быть похоже на жидкость. Газ атомов — на магнит. Фотоны — на молекулы.
Тем не менее совершенно разные системы около фазового перехода могут подчиняться одинаковым законам.
Это называется универсальностью.
Физики давно умеют наблюдать её в обычных веществах и ультрахолодных атомных газах.
А вот для термализованного газа фотонов такого прямого измерения не было.
До сих пор.
Как измерить корреляцию между фотонами
Одно из зеркал микрорезонатора исследователи предварительно наноструктурировали лазером.
Так внутри него возник потенциал, напоминающий плоскую коробку, в которой удерживался двумерный фотонный газ.
Затем учёные измеряли угловое распределение света, выходящего из резонатора.
После математической обработки — в частности, преобразования Фурье — из этих данных можно восстановить пространственные корреляции фотонов.
И увидеть, как они меняются при приближении к конденсации.
Результат оказался именно таким, какого требует теория критических явлений:
корреляционная длина резко возрастала.
То есть фотоны, находящиеся всё дальше друг от друга, становились частью одного коллективного поведения.
Исследователи смогли определить критический показатель и сопоставить его с предсказаниями для бозе-газа.
По формулировке Боннского университета, эксперимент впервые показал критический скейлинг в фотонном газе и позволил отнести его к соответствующему классу универсальности.
Вот что здесь действительно странно
Никакой отдельный фотон не знает, что система приближается к фазовому переходу.
У неё вообще нет центрального «управляющего механизма».
Но чем ближе переход, тем на больших расстояниях части системы начинают вести себя согласованно.
И эта закономерность почти не интересуется тем, из чего именно сделана система.
Это одна из самых красивых идей статистической физики.
Если смотреть на вещество под микроскопом, вода, магнит, атомный газ и свет устроены совершенно по-разному.
Если же приблизиться достаточно близко к определённому фазовому переходу и смотреть на систему в большом масштабе, многие микроскопические различия становятся несущественными.
Остаются несколько фундаментальных характеристик — размерность системы, симметрия, характер взаимодействий.
Поэтому природа внезапно начинает использовать одну и ту же математику для объектов, которые внешне вообще не похожи друг на друга.
Но означает ли это, что физики сделали «жидкий свет»?
Вот здесь начинается зона, где красивый заголовок легко превращается в хайп.
Нет, исследователи не налили свет в пробирку.
Экспериментальная система очень специальная.
Фотоны удерживаются микрорезонатором. Их эффективное двумерное движение определяется геометрией зеркал. Термализация возникает благодаря постоянному взаимодействию с молекулами красителя.
Кроме того, система не является идеальным равновесным газом в школьном смысле: фотоны постоянно теряются и должны пополняться внешней накачкой.
Авторы специально рассматривают режим, где эти процессы достаточно хорошо позволяют описывать фотонный газ методами равновесной статистической физики.
Есть и ещё одно важное ограничение.
Работа демонстрирует критическое поведение конкретной управляемой фотонной системы. Она не означает, что любой интенсивный свет начинает превращаться в бозе-конденсат или что похожий эффект можно получить между двумя зеркалами дома.
Это лабораторная квантовая система с очень тщательно подобранными условиями.
Тогда зачем всё это нужно?
Прежде всего потому, что фотоны дают физикам необычную площадку для исследования статистической механики.
Параметры такой системы можно менять гораздо свободнее, чем свойства куска реального вещества.
Можно проектировать форму потенциала.
Менять размерность.
Управлять числом фотонов.
Изменять потери и накачку.
И наблюдать, что происходит с фазовым переходом, когда система постепенно отходит от почти равновесного режима.
А это уже особенно интересно: большая часть окружающего нас мира вообще-то находится не в идеальном термодинамическом равновесии.
Так что эксперимент с «газом света» — не попытка сделать странную лампочку.
Это способ взять один из фундаментальных вопросов физики — почему совершенно разные системы около фазового перехода начинают подчиняться одинаковым законам — и проверить его на материи, которая даже не является материей в обычном смысле.
И, пожалуй, именно это здесь самое неожиданное.
Физики заперли свет между зеркалами.
Фотоны постоянно рождались и исчезали.
Почти не взаимодействовали друг с другом.
А когда система приблизилась к фазовому переходу, всё равно начали играть по универсальным правилам коллективной физики.
Не всё так просто.
Первоисточники
Leon Kleebank et al. — Observation of critical scaling in the Bose gas universality class. Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aee2942.
University of Bonn — Light gases exhibit critical behavior, 26 августа 2026.
В работе участвовали исследователи University of Bonn, Heidelberg University и National Autonomous University of Mexico.
Физики показали, что произойдёт, если попытаться «разрезать» фотон — фундаментальную частицу света. На первый взгляд кажется, что фотон должен просто разделиться на две части. Но квантовая теория поля даёт куда более странный ответ: резкое вмешательство не делит фотон, а перестраивает состояние электромагнитного поля и может породить каскад новых фотонов.
Исследователи из Университета Осло рассмотрели модель, в которой одиночный фотон проходит через временной оптический затвор — элемент, который резко пропускает или блокирует свет. В такой системе фотон нельзя описывать только как маленькую точечную частицу. Он является возбуждением поля с волновой структурой, а резкое воздействие на волну перераспределяет её между множеством мод.
Математически это описывается через преобразования Боголюбова, которые показывают, как меняются операторы рождения и уничтожения фотонов до и после работы затвора. В предельном случае мгновенного переключения модель даёт расходимость среднего числа фотонов — формально это похоже на появление бесконечного числа возбуждений.
Но это не означает, что в реальности можно получить бесконечную энергию. В физической системе энергия поступает извне — от работы, которая совершается при изменении граничных условий. Если же затвор меняется не мгновенно, а плавно, число рождающихся фотонов становится конечным.
Самое интересное, что локальный наблюдатель может не увидеть никакого «взрыва фотонов». В одной ограниченной области пространства состояние будет выглядеть почти как обычный вакуум или как исходный однофотонный сигнал. Сложность проявляется только глобально, во всей структуре квантового поля.
Практическая ценность работы связана с квантовыми технологиями. Одиночные фотоны используются в квантовой криптографии, сенсорах и будущих квантовых сетях. Поэтому понимание того, как реальные устройства управления светом меняют состояние поля, становится важным для создания точных и надёжных квантовых систем.
Посмотрел тут ролик Веденского с Побединским: https://www.youtube.com/watch?v=7GKbawrKWOk . Побединский несколько раз употребляет понятие «точечная частица», правда, каждый раз признает, что чувствует, как профессор А. М. Семихатов сверлит его взглядом.
Я хочу простым языком, не претендуя на исчерпывающую точность формулировок, разъяснить, чем элементарная частица на самом деле является и чем не является. Алексей Михайлович, прошу меня пощадить, я на вашей стороне! 😅
Элементарная частица — она как кот.
Корпусулярно-волновой дуализм НЕ ПРЕДПОЛАГАЕТ переключение между режимами частицы и волны. Любая элементарная частица — это квантовый объект, и режим у него один — квантовый объект. Частица ВСЕГДА представляет собой размытое вероятностное пятно. Макроскопического, бытового аналога квантовой частицы НЕ СУЩЕСТВУЕТ, но ниже я попытаюсь провести аналогию.
Когда ученые говорят, что фотон и электрон — это точечные частицы нулевой длины, они НЕ ИМЕЮТ В ВИДУ, что частица имеет размер точки. Вот что имеется в виду на самом деле. На самом деле ученые не считают частицу точкой. Любая частица — это всегда размытое пятно вероятностей. У него есть область высокой концентрации, а остальная вселенная является областью малой концентрации. Четкая граница отсутствует, и невозможно определить, где частица начинается, а где кончается. Каждая частица существует ВЕЗДЕ, во всей вселенной (с оглядкой на ограничение скорости света), но с большей вероятностью она существует примерно вот здесь, чем там.
Если вы пытаетесь взаимодействовать с частицей, то вы это делаете детектором определенного объема. Допустим, вы пытаетесь нащупать частицу ладонью — и частица либо провзаимодействует с ладонью, либо нет. Если провзаимодействует — то вы определили, что частица оказалась там же, где ладонь. Чтобы определить местоположение точнее, берете десять пальцев и тычете в частицу — она может провзаимодействовать с одним, но не с остальными. И тогда вы локализовали частицу более узко. Так вот, науке неизвестен такой размер пальца, при котором частица не сможет локализоваться с точностью до одного пальца. Какой бы малый «палец» ученые ни использовали, они всегда находили (или не находили) частицу с точностью до одного пальца. Поэтому ученые сделали вывод: минимального размера локализации частицы в пространстве не существует, либо он неизвестен.
При этом ученые поняли, что бесконечно уменьшать размер «пальца» они тоже не могут — слишком маленький «палец» либо превратится в микроскопическую черную дыру, либо породит новые частицы — и не позволит завершить измерение. Такой предел размера «пальца» называют планковской длиной. Планковская длина НЕ ОЗНАЧАЕТ, что пространство представляет собой дискретную пиксельную сетку, у которой размер пикселя равен одной планковской длине. Да и вообще планковская длина определяется по-другому, пост не об этом.
Тот факт, что нижний предел размеров детекции частицы очень мал, НЕ ОЗНАЧАЕТ, что частица такая маленькая! После определения ничтожно малых размеров, частица продолжает вести себя как квантовый объект и, если ее специально не локализовывать, вырастет обратно в размытое пятно вероятностей. Она не остается маленькой навсегда. Да и вообще можно сказать, что в некотором смысле частица никогда не бывает маленькой. Момент детекции — это момент, а бытье частицы — это протяженность во времени.
Вместе с этим, ученые НЕ ОБНАРУЖИЛИ у элементарных частиц какой-то внутренней пространственной структуры, составных частей или форм-фактора, характерного для протяженно объекта. Всё, что частица из себя представляет, действительно можно было бы уместить в точке. Эта точка имела бы некоторые характеристики, в том числе ориентацию в пространстве и направление «вращения». «Вращение» ставлю в кавычки, потому что если бы точка вращалась как макроскопический объект, то ее поверхность двигалась бы с бесконечной скоростью, а это уже нелепица. У частицы есть признак вращения, но она не крутится в привычном нам смысле.
А теперь обещанная аналогия!
Представьте, что вы слепы и хотите понять, что такое кот: какого он размера, какой формы и где находится. Для этого вы тычете в него пальцем. Но кот очень пушистый, и наощупь не получается определить ни его размеры, ни форму, ни местоположение. Пальцы тупо проходят сквозь пушистую шерсть: вроде кот есть, а вроде и нет.
В какой-то момент кот решает с вами провзаимодействовать — кусает вас за палец! В этот момент вы локализовали кота с точностью до точки. Но кот продолжает существовать как бесформенный пушистый комок, а не как точка, и в следующий момент может укусить вас в другом месте. С вероятностью 99% он вас укусит на подоконнике. С вероятностью 0.1% — в другой комнате. С вероятностью 0.00000000001% — в другом городе. Вероятность того, что ваш кот укусит астронавта на Луне, смехотворно мала, но чисто технически положительна.
Кот НЕ МОЖЕТ укусить вас за десять пальцев одновременно: даже если вы будете тыкать в него десятью пальцами, укусит он только один за раз. Из-за этого вы сделаете вывод, что кот имеет размеры не больше пальца. Но ведь это ничего нам не говорит ни о размере кота, ни о его форме. Мы только знаем, что в данный момент он был размером с палец, но в остальное время он размыт. Еще кот может родить котят, и они могут одновременно укусить десять пальцев. :)
Но кот как аналогия работает только до определенного предела. Во-первых, квантовый кот элементарен: он не имеет составных частей, у него нет зубов (кот — это и есть зуб, а зуб — это кот!), и его невозможно схватить двумя руками. Когда квантовый кот кусает вас, он целиком сконцентрирован в месте укуса и 100% отсутствует вне точки укуса (точнее не точки, а целого пальца — вы не можете локализовать кота точнее, чем размеры вашего детектора). В момент укуса подоконник пуст. Но стоит вам отдернуть руку — и снова кот «размазался» по подоконнику.
И еще такой прикол: если вы сложите обе ладони колечком, то кот способен проскочить через оба колечка одновременно! Это можно определить следующим образом. Вы выпускаете кота так, чтобы он прыгал точно прямо и кусал вас за левую пятку, которая находится у него на пути. Но если на пути кошачьего прыжка подставить два колечка, то появляется вероятность, что кот укусит ваз за правую пятку, которая находится в стороне от траектории прыжка! Такое возможно благодаря тому, что кот — это облако вероятностей, которое прошло сразу через оба колечка и от этого начало рябить. Если же в каждое колечко вы просунете по пальцу, то кот не может укусить вас сразу за оба пальца, он будет кусать только за один — и следовательно, проскакивать он будет только через одно соответствущее колечко, а не через оба.
Двухщелевой эксперимент
PS Я использовал нейросеть только для проверки моего текста на физические ошибки. Весь текст написан мной лично, «из головы». Тире и кавычки-ёлочки я ставлю с помощью раскладки Бирмана.
Теоретический обзор концепции векторного портала, который рассматривается как гипотетический мост между известными частицами и скрытым сектором Вселенной.
В видео последовательно анализирует микрофизическую природу темного фотона, описывая механизмы его смешивания с обычным электромагнетизмом и способы приобретения массы через эффекты Хикса или Стукельберга.
Особое внимание уделяется космологическим последствиям: от резонансной конверсии фотонов в ранней плазме, влияющей на спектр реликтового излучения, до формирования структур темной материи через механизмы «вмораживания».
Резонансное преобразование обычных фотонов в темные фотоны в межгалактической среде усиливает анизотропию реликтового излучения (CMB), тем самым накладывая жесткие ограничения на существование легких темных фотонов. В данной работе мы исследуем влияние легких темных фотонов (в определенном диапазоне масс) на спектр мощности температурных анизотропий реликтового излучения, при использовании данных миссии Planck и передовые космологические симуляции FLAMINGO, охватывающие большие объемы пространства.
В новосибирском наукограде Кольцово завершается стройка синхротрона СКИФ (Сибирский кольцевой источник фотонов). Это установка поколения 4+, одна из самых сложных в стране. На данный момент объект готов на 99,7%.
Всего здесь планируется разместить 30 экспериментальных станций — к 2035 году. Первая очередь включает семь станций. На двух из них уже закончен монтаж и проведены холостые испытания.
Первая станция называется «Быстропротекающие процессы». Она нужна, чтобы смотреть, как ведут себя материалы при сильных ударах, высоком давлении и жаре. Вторая — «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне». Она позволит учёным заглянуть внутрь образцов в материаловедении, биологии, археологии и даже палеонтологии.
Остальные пять станций первой очереди почти готовы. Среди них специальная лаборатория, где будут учить студентов работать на синхротроне. Именно на ней планируют провести первые эксперименты. Также в списке: станция с алмазными наковальнями для изучения материалов под сверхвысоким давлением («Микрофокус»), установки для структурного анализа, спектроскопии и исследования электронной структуры. Они пригодятся химикам, материаловедам, медикам, энергетикам, металлургам и разработчикам микроэлектроники.
Как отметили в Минобрнауки России , оборудование делали местные институты Сибирского отделения РАН — ИЯФ, Институт гидродинамики, Институт приборостроения и другие. Всю координацию вёл Институт катализа. 88 элементов станций сконструированы и произведены в стране впервые. Всего подписано больше полутора тысяч контрактов с субподрядчиками, в работе участвуют четыре студенческих конструкторских бюро.
В команде центра уже 300 человек, из них 45 — кандидаты наук и 16 — доктора наук. Качество оборудования, по оценке специалистов, очень высокое. Ввод СКИФа даст толчок и фундаментальной науке, и прикладным разработкам для промышленности.
Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь
