Четверг, 20 Сентября, 2018
   
(3 голоса, среднее 4.00 из 5)

Новая квантовая теория может объяснить поток времени
Натали Уолчовер (Natalie Wolchover)

Кофе остывает, здания разрушаются, яйца разбиваются, а звезды гаснут во вселенной, которая как будто обречена на переход к серому однообразию, известному как тепловое равновесие. Астроном и философ сэр Артур Эддингтон (Arthur Eddington) в 1927 году заявил, что постепенное рассеивание энергии является доказательством необратимости «стрелы времени».

Но к недоумению целых поколений физиков, понятие стрелы времени не соответствует основным законам физики, которые во времени действуют как в прямом направлении, так и в противоположном. Согласно этим законам, если бы кто-то знал пути всех частиц во вселенной и обратил их вспять, энергия стала бы накапливаться, а не рассеиваться: холодный кофе начал бы нагреваться, здания подниматься из руин, а солнечный свет направился бы обратно к Солнцу.

«В классической физике у нас были сложности, — говорит профессор Санду Попеску (Sandu Popescu), преподающий физику в британском Бристольском университете. — Если бы я знал больше, мог бы я обратить ход события вспять и собрать воедино все молекулы разбитого яйца?»

Конечно, говорит он, стрела времени не управляется человеческим незнанием. И все же, с момента зарождения термодинамики в 1850-е годы единственным известным способом расчета распространения энергии была формула статистического распределения неизвестных траекторий частиц и демонстрация того, что с течением времени незнание смазывает картину вещей.

Теперь физики вскрывают более фундаментальный источник стрелы времени. Энергия рассеивается, и объекты приходят в равновесие, говорят они, потому что элементарные частицы при взаимодействии спутываются. Этот странный эффект они назвали «квантовым смешением», или запутанностью.

«Наконец мы можем понять, почему чашка кофе в комнате приходит в равновесие с ней, — говорит квантовый физик из Бристоля Тони Шорт (Tony Short). — Возникает смешение между состоянием чашки кофе и состоянием комнаты».

Попеску, Шорт и их коллеги Ной Линден (Noah Linden) и Андреас Уинтер (Andreas Winter) сообщили о своем открытии в журнале Physical Review E в 2009 году, заявив, что предметы приходят в равновесие, или в состояние равномерного распределения энергии, в течение неопределенно долгого времени за счет квантово-механического смешения с окружающей средой. Похожее открытие несколькими месяцами раньше сделал Питер Рейман (Peter Reimann) из Билефельдского университета в Германии, опубликовав свои выводы в Physical Review Letters. Шорт и коллеги подкрепили свои доводы в 2012 году, показав, что запутанность вызывает равновесие за конечное время. А в работе, опубликованной в феврале на сайте arXiv. org, две отдельные группы предприняли следующий шаг, рассчитав, что большинство физических систем быстро уравновешиваются за время, прямо пропорциональное их размеру. «Чтобы показать, что это применимо к нашему реальному физическому миру, процессы должны происходить в разумных временных рамках», — говорит Шорт.

Тенденция кофе (и всего остального) приходить в равновесие «очень интуитивна», считает Николас Бруннер (Nicolas Brunner), работающий квантовым физиком в Женевском университете. «Но при объяснении причин этого мы впервые имеем твердые основания с учетом микроскопической теории».

Если новое направление исследований верно, то история стрелы времени начинается с квантово-механической идеи о том, что в своей основе природа изначально неопределенна. Элементарная частица лишена конкретных физических свойств, и она определяется только вероятностями нахождения в определенных состояниях. К примеру, в определенный момент частица может с 50-процентной вероятностью вращаться по часовой стрелке и с 50-процентной против часовой. Экспериментально проверенная теорема северо-ирландского физика Джона Белла (John Bell) гласит, что нет «истинного» состояния частиц; вероятности это единственное, что можно использовать для его описания.

Квантовая неопределенность неизбежно приводит к смешению — предполагаемому источнику стрелы времени.

Когда две частицы взаимодействуют, их уже нельзя описывать отдельными, независимо развивающимися вероятностями под названием «чистые состояния». Вместо этого, они становятся перепутанными компонентами более сложного распределения вероятностей, которые описывают две частицы вместе. Они могут, например, указать на то, что частицы вращаются в противоположных направлениях. Система в целом находится в чистом состоянии, но состояние каждой частицы «смешано» с состоянием другой частицы. Обе частицы могут двигаться на расстоянии нескольких световых лет друг от друга, но вращение одной частицы будет коррелировать с другим. Альберт Эйнштен хорошо описал это как «жуткое действие на расстоянии».

«Запутанность это в некотором смысле суть квантовой механики», или законов, регулирующих взаимодействия в субатомных масштабах, говорит Бруннер. Это явление лежит в основе квантовых вычислений, квантовой криптографии и квантовой телепортации.

Идея того, что смешением можно объяснить стрелу времени, впервые 30 лет назад пришла в голову Сету Ллойду (Seth Lloyd), когда он был 23-летним выпускником факультета философии Кембриджского университета со степенью Гарварда по физике. Ллойд понял, что квантовая неопределенность и ее распространение по мере того, как частицы становятся все более перепутанными, может прийти на смену неуверенности (или незнанию) человека в старых классических доказательствах и стать истинным источником стрелы времени.

Используя малоизвестный квантово-механический подход, в котором единицы информации являются основными строительными кирпичиками, Ллойд несколько лет изучал эволюцию частиц с точки зрения перетасовки единиц и нулей. Он выяснил, что по мере того, как частицы все больше смешиваются друг с другом, информация, которая их описывала (например, 1 для вращения по часовой стрелке, и 0 — против часовой), перейдет на описание системы запутанных частиц в целом. Частицы как будто постепенно теряли свою самостоятельность и становились пешками коллективного состояния. Со временем вся информация переходит в эти коллективные скопления, а у отдельных частиц ее не остается вообще. В этот момент, как обнаружил Ллойд, частицы переходят в состояние равновесия, и их состояния перестают меняться, словно чашка кофе остывает до комнатной температуры.

«Что происходит на самом деле? Вещи становятся более взаимосвязаннями. Стрела времени — это стрела роста корреляций».

Эта идея, изложенная в докторской диссертации Ллойда в 1988 году, не была услышана. Когда ученый отправил статью об этом в редакцию журнала, ему сказали, что «в этой работе нет физики». Теория квантовой информации «была глубоко непопулярна» в то время, говорит Ллойд, и вопросы о стреле времени «были уделом психов и тронувшихся умом нобелевских лауреатов».

«Я был чертовски близок к тому, чтобы стать водителем такси», — сказал он.

С тех пор достижения в области квантовых вычислений превратили теорию квантовой информации в одну из самых активных областей физики. В настоящее время Ллойд работает профессором Массачусетского технологического института, он признан одним из основателей этой дисциплины, и его забытые идеи возрождаются усилиями физиков из Бристоля. Новые доказательства являются более общими, говорят ученые, и применимы к любой квантовой системе.

«Когда Ллойд высказал идею в своей диссертации, мир был не готов к ней, — говорит руководитель Института теоретической физики при Швейцарской высшей технической школе Цюриха Ренато Реннер (Renato Renner). — Никто не понимал его. Иногда нужно, чтобы идеи приходили в нужное время».



Комментарии  

 
0 #3 Александр Петрович 04.07.2016 12:43
Предлагаю на эту тему посмотреть 10-ти минутный ролик "Законы мироздания Глава 18". https://www.youtube.com/watch?v=8cGTd6R2YbY В этом видео в очень краткой форме рассказывается о сути субстанции Время.
 
 
0 #2 Сергей Белкин 04.07.2016 12:01
Спасибо, Александр Петрович!
Постараемся прочитать.
Модератор
 
 
0 #1 Александр Петрович 04.06.2016 06:39
«Когда Ллойд высказал идею в своей диссертации, мир был не готов к ней».

Предлагаю ознакомиться с книгой «Загадки времени», авторы Секлитова Л.А. и Стрельникова Л.Л.
Данная книга раскрывает тайны земного времени, его значение в жизни человека и других форм существования. Читатель познакомится с удивительными свойствами времени и перспективами управления им человеком.
Книга расскажет о развитии времени, наличии у него своей Иерархии, о его внутреннем содержании и строении, наличии у него мощи, собственного энергопотенциал а. Впервые читателю откроются тайны строения прошлого и настоящего, а также процессов, происходящих в его фазах.
 

НАШИ ПУБЛИКАЦИИ

Альманах «Развитие и экономика» №19, март 2018

Константин Бабкин:.
«Мы сформируем образ России будущего – той России, которую мы построим и в которой долго и счастливо будут жить наши дети и внуки»

стр. 8

Интервью президента промышленного союза «Новое содружество» и ассоциации «Росспецмаш», председателя Совета ТПП РФ по промышленному развитию и конкурентоспособности экономики России, сопредседателя Московского экономического форума Константина Анатольевича Бабкина альманаху «Развитие и экономика».



Руслан Гринберг:
«Теперь нет никаких олигархов – есть магнаты, а над магнатами царствуют бюрократы. Это кланово-бюрократическая структура»

стр. 18

Интервью члена-корреспондента РАН, научного руководителя Института экономики РАН Руслана Семёновича Гринберга альманаху «Развитие и экономика».



Сергей Глазьев.
Создание системы управления развитием экономики на основе научных знаний о закономерностях ее развития

стр. 40

Программная статья одного из ведущих экономистов России, в которой рассмотрен широкий спектр насущных проблем экономической политики.



Вардан Багдасарян.
Постиндустриализм как когнитивное оружие

стр. 94

Деиндустриализация и постиндустриальное общество являются инструментами и факторами современной войны.



Александр Нагорный:
«Россия перед выбором: сдаться Америке или учиться у Китая?»

стр. 146

Интервью заместителя председателя Изборского клуба Александра Алексеевича Нагорного альманаху «Развитие и экономика».



Сергей Белкин.
Советская индустриализация в искусстве

стр. 230

Как с помощью литературы, живописи, скульптуры «производить» энтузиазм?

САМОЕ ПОПУЛЯРНОЕ

© 2018 www.devec.ru. Все права защищены.
Сейчас 905 гостей онлайн