Сегодня у нас эксклюзив, т.к. это все я переводил с английского и этого еще нету ни на хабре нигде. В крупных СМИ пишут очень кратко и сухо, но мы разберем все и почему так.
Итак, сегодня с 5 по 6 ноября в журнале Science была опубликована статья о том как наши друзья китайцы побили мировой рекорд с 2021 года по максимально низкой температуре. Сегодня мы разберемся что к чему и затронем результаты с прошлого рекорда и его владельцев - США. Но сначала о чем речь, и в конце скажу для чего это и сколько потрачено на это.
БЛОК 0: О ЧЕМ РЕЧЬ И ПРИ ЧЕМ ТУТ КЕЛЬВИН?
Речь идет о температуре, которая насколько возможно приближена к абсолютному нулю - 0 по Кельвину. В привычных нам цельсиях это -273,15 °C. Это фундаментальный предел нашей Вселенной. Температура, при которой тепловое движение молекул полностью останавливается.
Лорд Кельвин (Уильям Томсон) в 1848 году высчитал его.
Лорд Кельвин(Уильям Томсон)
Он опирался на законы французских физиков Амонтона и Шарля, которые заметили железный закон природы: если газ нагревать - его давление растет, а если охлаждать - падает. Причем падает всегда на одинаковую долю! При охлаждении на каждые 1 °C любой газ теряет примерно 1/273 часть своего давления, которое у него было при нуле градусов.
Кельвин включил математику начальной школы и подумал:
А что будет, если мы охладим газ на 273 градуса вниз?
Получилось: 1 - (273 × 1/273) = 0.
Раз при -273 °C давление газа (которое создается ударами молекул о стенки) исчезает, значит, молекулы полностью останавливаются и замирают. Позже, с развитием технологий, ученые уточнили эксперименты и получили точные -273,15 °C.
Шарль Огюстен де Кулон
БЛОК 1: УСТАНОВКА США И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ
Предыдущий рекорд удержания ультрахолодного вещества принадлежал американской лаборатории CAL, которая смогла выдать 52 пикокельвина (пико - это одна триллионная часть, 10⁻¹²). Как они это сделали и почему уперлись в потолок?
Американцы на МКС используют Магнитные Атомные Чипы(МАЧ). Это микросхемы, создающие сильные локальные магнитные поля, которые сжимают облако атомов рубидия-87 в плотную ловушку, где их предварительно охлаждают лазерами.
Но чтобы охлаждать облако дальше, ловушку нужно отключить и отпустить атомы свободно полетать и расшириться. И вот здесь физики из США уперлись в жесткий физический тупик.
МАЧ
Когда чип выключают, ток в его микроструктурах не может исчезнуть мгновенно из-за банальной индуктивности. Пока поле затухает, оно создает так называемый эффект микро-пинка. Остаточное магнитное поле расталкивает атомы, заставляя их разлетаться в случайных направлениях с разной скоростью. А разброс скоростей в квантовом мире - это и есть тепло (нагрев). Этот микро-пинок заблокировал американцам путь к настоящему абсолютному нулю.
БЛОК 2: КИТАЙСКИЙ ХОД КОНЕМ. ОПТИКА ПРОТИВ МАГНИТА
Китайские физики из Пекинского университета, проектируя установку CAPR для своей космической станции "Тяньгун", решили полностью переписать правила игры. Они сказали: "Раз нам мешает индуктивность магнитов, мы вообще откажемся от них на финальной стадии".
Космическая станция "Тяньгун"
И они создали двухлучевую оптическую дипольную ловушку (Two-beam Optical Dipole Trap — ODT). Звучит страшно, но вот пояснение: Вместо магнитных полей атомы удерживаются исключительно скрещенными лазерными лучами. Лазерный свет поляризует атомы рубидия, и они наглухо втягиваются в точку пересечения лучей.
Но возник вопрос интересующий всех:
Почему РУБИДИЙ?
Сейчас поясню. На это есть 3 причины:
Идеальное попадание в длину волны лазера. чтобы охладить атом, нужно попасть в резонанс с его электронным переходом. Электронным переход у атома это просто "переселение" электрона на более низкие или высшие уровни. У Рубидия-87 это 780нм. Но вот совпадение - именно такая же длина волны у инфракрасного света который использует везде! Это попросту дешево, такие лазеры используются уже на протяжении 30 лет в CD-ROM к примеру.
Рубидий-87 это БОЗОН. Его спин целый(фактически оборот), и он может скапливатся образуя конденсат Бозе-Эйнштейна. Фактически просто они теряют свою индивидуальность и превращаются в кашу, что очень выгодно для финальных проверок. Его сосед Рубидий-85 более капризен. А фермионы вообще не могут скапливатся они всегда "индивидуальны" из-за запрета Паули.
Идеальная длина рассеивания. Обычно атомы при столкновении друг с другом слепляются и образуют уже не газ, а жидкость. Или наоборот не сталкиваясь, очень сложны для охлаждения. А вот у Рубидия этот параметр настроен идеально - атомы мягко и легко отталкиваются и делают это с такой силой, которая идеальна для экстремального охлаждения.
Фото атома Рубидия-87
В чем гениальность? Лазерный луч, в отличие от магнитного поля на чипе, можно выключить абсолютно мгновенно - фотоны исчезают со скоростью света. Переходных процессов нет, индуцированных токов нет. Результат: ноль микро-пинков. Облако освобождается идеально плавно, не получая никакого паразитного нагрева.
Но просто отпустить атомы мало, их надо заморозить. Для этого китайцы применили технологию Delta-Kick Collimation (ДКК). Когда лазеры выключаются, облако атомов начинает медленно расширяться (это остаточное тепло). Через строго рассчитанные миллисекунды ученые бахают по облаку еще одним ультракоротким лазерным импульсом (той самой дельтой времени). Этот импульс работает как квантовая линза: он тормозит те атомы, которые летели слишком быстро, выравнивая их скорости почти до идеального нуля.
Эксперимент зафиксировал космический рекорд: расширение облака практически остановилось, что физически означает температуру в 9,7 пикокельвина! Они подобрались к абсолютному нулю на расстояние в 9,7 триллионных долей градуса.
БЛОК 3: ЗАЧЕМ ВСЁ ЭТО НАДО И СКОЛЬКО ПОТРАЧЕНО?
Зачем тратить годы работы и запускать на орбиту сложнейшие приборы ради того, чтобы просто остановить несколько атомов? На то есть две фундаментальные причины:
На Земле это сделать невозможно (Эффект небоскреба): На Земле облако атомов за те 7 секунд, что длился эксперимент, под действием гравитации пролетело бы вниз 250 метров и разбилось бы о стенки вакуумной камеры. В космосе, в условиях микрогравитации, оно неподвижно висит в центре прибора, позволяя изучать себя. При этом всю земную лабораторию, занимавшую целую комнату в 20-30 кв. метров, китайские инженеры умудрились упаковать в один научный шкаф объемом всего 0,7 кубических метра, победив все вибрации
космической станции.
Зачем это нужно практике: Квантовые газы при температуре в пикокельвины - это идеальные квантовые симуляторы. В таких условиях атомы рубидия ведут себя точно так же, как электроны в твердых телах. Это позволит ученым нащупать загадку высокотемпературной сверхпроводимости, которую не может смоделировать ни один суперкомпьютер на Земле. Кроме того, такие ультрахолодные облака - это основа для сверхточных датчиков гравитационных волн и проверки теории относительности Эйнштейна.
Сколько на это потрачено?
Официально бюджет отдельного шкафа CAPR Китайское космическое агентство (CNSA) не раскрывает, но по оценкам экспертов, разработка, тесты на вибростендах и вывод такого узкоспециализированного научного модуля на орбиту обошлись Китаю примерно в 110–130 миллионов долларов (для сравнения, американский аналог CAL стоил около 80 млн долларов на этапе создания, без учета логистики МКС). Для фундаментальной науки, которая переписывает рекорды Вселенной - ценник более чем оправданный.
Источники
Официальный источник - ТУТ. официальная публикация исследования "Quantum gases below 10 picokelvin in space" в журнале Science от 5 ноября 2026 года
Про Рубидий-87 - ТУТ. Официальный релиз Нобелевского комитета про создание Конденсата Бозе-Эйнштейна на атомах Рубидия-87. База, с которой всё началось.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вот так, Китайцы опять доказали что они умнее всех. Они не придерживаются Американских стандартов, а делают свои. Каково ваше мнение на этот счет?
Надеюсь вам понравился пост. Если это так, буду рад лайку. Если не хотите пропускать мои следующие посты - подпишитесь! У меня в профиле очень много интересного - от гайдов до биографии физиков. Всем удачи!
Всех приветствую, и этот пост я решил сделать на 10к рейтинга который набрали ВЫ на моем профиле! Спасибо каждому лайку и критике, это делает меня лучше и дает мотивацию продолжать.
Сегодня я решил написать про 10 парадоксов из математики и физики! Приятного чтения
Все мы привыкли что ученые решают один вопрос за другим, но некоторые задачи еще не поддаются нам. Сегодня о таких я и расскажу
1. ПАРАДОКС КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ
Предыстория:
Когда Эйнштейн создал Общую теорию относительности (ОТО), он думал, что Вселенная статична. Чтобы она не схлопнулась под действием собственной гравитации, он придумал костыль - космологическую постоянную (Λ), некую силу антигравитации, которая расталкивает пространство наружу. Потом Хаббл доказал, что Вселенная расширяется, Эйнштейн обозвал эту постоянную своей величайшей ошибкой и выкинул ее из уравнений. Но в 1998 году астрономы выяснили, что Вселенная расширяется с ускорением. Сила антигравитации реально существует (ее назвали тёмной энергией), и космологическую постоянную пришлось вернуть.
Где столкнулись лбами: Физики решили посчитать значение этой силы с двух сторон: со стороны космоса и со стороны микромира.
Астрономы посмотрели в телескопы на далекие галактики, измерили скорость их разлета и получили реальное, очень маленькое число плотности тёмной энергии.
Квантовые физики сели за формулы Квантовой теории поля. По их законам, вакуум - это не пустота, а кипящий бульон, где каждую секунду рождаются и тут же аннигилируют виртуальные частицы. Энергия этого Кипения вакуума и должна расталкивать Вселенную. Физики посчитали эту энергию с фундаментальных констант (масса, скорость света, постоянная Планка).
В чем парадокс: Математический расчет квантовых физиков оказался больше реальных наблюдений астрономов в 10^120 раз (единица со 120 нулями)!
Почему это нерешенный тупик: Ошибка на 120 порядков означает, что мы фундаментально не понимаем, как устроен вакуум и гравитация. Какая-то неизвестная супер-сила умудряется гасить 99.999...% (и так еще 120 девяток) всей энергии вакуума, оставляя лишь крошечную каплю, которую видят телескопы. Что это за сила - никто не знает.
2. КВАНТОВЫЙ ПАРАДОКС ИЗМЕРЕНИЯ
Предыстория:
Все началось с корпускулярно-волнового дуализма. Макс Планк, а позже и Альберт Эйнштейн показали, что свет может вести себя как волна и как частица(корпускул), поэтому и прозвали это корпускулярно-волновым дуализмом. Отсюда и пошло, что электрон когда его не измеряют(не подглядывают) ведет себя как волна, а когда на него посмотрели как частица. Но волновой функцией про которую я буду говорить чуть дальше, называют вероятность обнаружения частицы, но также используют для вероятности обнаружения импульса(это для справки)
В чем суть:
В квантовой физике тот же электрон ведет себя как волна вероятностей. Пока электрон летит внутри прибора сам по себе, он не находится в конкретной точке. Он буквально размазан по пространству, летит одновременно во все стороны и может проходить через два отверстия сразу. Это состояние описывается уравнением Шрёдингера, и математика тут работает идеально.
Где ломается логика: Парадокс начинается в момент, когда электрон долетает до экрана или датчика - то есть происходит акт измерения(подглядывание). В эту же микросекунду волна вероятностей мгновенно схлопывается (это коллапс волновой функции), и электрон превращается в жесткую, осязаемую точку на экране.
примерное поведение электрона при движении как волны
В чем парадокс: В самих фундаментальных уравнениях квантовой механики нет механизма этого схлопывания. Математически прибор состоит из точно таких же атомов и электронов, которые сами по себе являются волнами вероятностей. Почему при контакте волны-электрона и волны-прибора плавная квантовая неопределенность вдруг превращается в один жесткий, однозначный факт нашей реальности?
Главные гипотезы (тупики):
Копенгагенская интерпретация: Прибор - это макрообъект, он заставляет волну схлопнуться. (Но где граница между микро- и макро-? Сколько атомов нужно собрать вместе, чтобы они перестали быть волнами?).
Многомировая интерпретация: Волна не схлопывается. Просто в момент измерения Вселенная расщепляется на параллельные миры. В одном мире электрон ударил слева, и ты видишь его слева, а в другом мире - справа.
Роль сознания:Самая дикая теория (ее придерживался Нобелевский лауреат Юджин Вигнер), что волну схлопывает именно сознание наблюдателя-человека, когда он фиксирует результат. Но это уже больше философия нежели физика.
Эрвин Шрёдингер
Ученые до сих пор не имеют единого математического решения, как физический мир переходит из состояния может быть всё что угодно в состояние случилось вот это.
3. БАРИОННАЯ АСИММЕТРИЯ
Предыстория
Все началось с обнаружения античастиц - в 1928 году уравнение Дирака предсказывало существования позитрона, который открыли в 1932, а позже и все античастицы. Античастицы полностью зеркальны своим братьям, и мгновенно аннигилируют с ними, выделяя гамма-излучение.
Поль Дирак
Где ломается логика:
В момент Большого взрыва из чистой энергии родилась вся наша Вселенная. По законам физики, материи и антиматерии должно было получиться ровно 50 на 50, идеальный баланс. Из-за этого в первые же секунды существования космоса вся материя и вся антиматерия должны были полностью аннигилировать! Вселенная должна была превратиться в мертвое, пустое пространство, заполненное только хаотичным светом.
В чем парадокс
Мы оглядываемся вокруг и видим, что Вселенная полностью, на 100% состоит из обычной материи. Звезды, планеты, люди, далекие галактики - все материально. Антиматерии в космосе нет вообще (ее крохи мы с трудом создаем в коллайдерах за миллиарды долларов).
Почему это нерешенный тупик: Это означает, что в момент Большого взрыва природа почему-то жестко нарушила симметрию. На каждые несколько миллиардов пар материи и антиматерии закрался один лишний, безбилетный атом обычной материи. Вся остальная каша аннигилировала, а этот ничтожный остаток (один из миллиарда) выжил. Именно из этих выживших остатков и соткана вся наша Вселенная.
Ни одно современное расширение Стандартной модели не может внятно и красиво объяснить на уровне формул, откуда взялся этот крошечный перекос в сторону материи. Мы существуем вопреки фундаментальной симметрии природы.
4. ПАРАДОКС ЭПР
Предыстория: В 1935 году Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен (отсюда ЭПР, первые буквы фамилий) решили доказать, что квантовая механика неполна. Эйнштейн не верил в случайность квантового мира
Розен и Эйнштейн
Бог не играет в кости
и дико бесился от того, что по теории частицы могут влиять друг на друга мгновенно, нарушая его Специальную теорию относительности (где максимальная скорость - скорость света). Они придумали мысленный эксперимент, чтобы доказать неполноту квантовой физики, но в итоге открыли самое безумное её свойство.
В чем суть: Представь, что у тебя есть пара квантово-запутанных частиц (например, два фотона, рожденных в одном процессе, а еще, об этом я рассказывал ВОТ ТУТ.). У них есть параметр - спин (направление вращения). По законам квантов, пока мы не измерили их, оба фотона крутятся во все стороны одновременно. Но если у одного спин окажется вверх, то у второго обязан быть вниз.
Где ломается логика: Мы берем эти два фотона, один оставляем на Земле, а второй увозим в другую галактику. Мы проводим измерение земного фотона, и его волновой коллапс заставляет его замереть в положении вверх.
В чем парадокс: В ту же самую наносекунду второй фотон на другом конце Вселенной мгновенно замирает в положении вниз. Информация между ними передалась мгновенно, со скоростью, стремящейся к бесконечности. Эйнштейн плевался и называл это
Жутким дальнодействием.
Почему это нерешенный тупик: В 2022 году за реальные эксперименты по проверке этого парадокса дали Нобелевскую премию. Эйнштейн официально проиграл - скрытых параметров нет, телепатия частиц реальна. Но физика до сих пор в тупике: как пространство умудряется связывать объекты быстрее света и что на самом деле представляет собой квантовая ткань пространства-времени, если для неё расстояний в миллиарды световых лет будто не существует?
5. ПАРАДОКС ФЕРМИ
Предыстория: В 1950 году великий физик Энрико Ферми шел на обед со своими коллегами по Лос-Аламосской лаборатории. Они обсуждали недавние карикатуры на НЛО в газетах. Посреди разговора Ферми внезапно замолчал, задумался и выдал свою знаменитую фразу:
Ну и где они все?
В чем суть: Нашей Вселенной около 13,8 миллиарда лет. В одной только нашей Галактике сотни миллиардов звезд. Астрономы прямо сейчас доказывают, что у большинства звезд есть планеты, и миллиарды из них находятся в зоне обитаемости (где есть жидкая вода).
Где ломается логика: Если жизнь - это естественная химия, то за миллиарды лет до появления Земли в космосе должны были возникнуть миллионы технологических цивилизаций. Даже примитивные автоматы на досветовых скоростях смогли бы полностью колонизировать и заселить всю Галактику за каких-то 50-100 миллионов лет. Наше небо должно кишеть радиосигналами, мегаструктурами (типа сфер Дайсона) и космическими кораблями.
Энрико Ферми
В чем парадокс: Мы смотрим в космос в мощнейшие телескопы, сканируем радиоэфир - и Вселенная мертвенно, пугающе молчит. Нет ни одного подтвержденного сигнала, ни одного искусственного следа.
Почему это нерешенный тупик: Математическая вероятность встретить инопланетный разум огромна, а реальный результат - абсолютный ноль. Ученые бьются над десятками гипотез Великого Фильтра: возможно, все цивилизации неизбежно уничтожают себя, едва открыв ядерную энергию или ИИ. Возможно, мы первая разумная жизнь во Вселенной. А возможно, мы сидим в космическом зоопарке, и развитые расы намеренно изолировали нас от остальной галактической сети. Точного ответа нет.
6. ПАРАДОКС СТРЕЛЫ ВРЕМЕНИ
Предыстория: Все великие уравнения физики - от законов механики Ньютона и электродинамики Максвелла до теории относительности Эйнштейна и волнового уравнения Шрёдингера - обладают удивительным свойством. Они тайм-симметричны. Им абсолютно плевать, в какую сторону течет время. Если в формуле заменить t (время) на -t, математика продолжит работать идеально. На микроуровне законам физики безразлично прошлое и будущее.
Где ломается логика: На макроуровне, в нашей реальной жизни, время - это жесткая улица с односторонним движением. Разбитая чашка никогда сама не соберется обратно, растворенный в чае сахар не прыгнет назад в ложку, а мы необратимо стареем.
В чем парадокс: Единственный закон во всей физике, который отличает прошлое от будущего - это Второе начало термодинамики. Оно гласит: в изолированной системе энтропия (уровень хаоса и беспорядка) всегда растет. Чашка разбивается, потому что осколки на полу - это состояние с более высокой энтропией, чем целая чашка.
Почему это нерешенный тупик: Это рождает пугающий фундаментальный вопрос к началу Вселенной. Если энтропия постоянно растет, значит, в момент Большого взрыва наша Вселенная стартовала в состоянии абсолютно минимальной энтропии - идеального, невероятного порядка.
фрактал
Ни одно космологическое уравнение не объясняет, почему Большой взрыв был таким аккуратным и упорядоченным. Почему микромир (атомы) понятия не имеет про направление времени, а макромир (мы) заперт в термодинамической стреле времени без права разворота? Физика здесь упирается в стену.
7. ПАРАДОКС КВАНТОВОГО ТУННЕЛИРОВАНИЯ
Предыстория: Представь, что ты катишь мяч на холм. Если у тебя не хватит сил толкнуть его достаточно мощно, мяч никогда не перелетит через вершину - он просто покатится обратно. Это классическая физика. Но в микромире правит квантовое туннелирование (впервые его описал Георгий Гамов в 1928 году, который и предугадал Эффект Зенона). Микрочастица может пройти сквозь непробиваемый энергетический барьер, буквально телепортируясь сквозь него, даже если у нее вообще нет на это энергии. Без этого эффекта, кстати, не светило бы Солнце (протоны не смогли бы сливаться) и не работали бы флешки в наших компах.
Где ломается логика: Физики решили измерить время: сколько именно наносекунд требуется частице, чтобы просочиться сквозь этот барьер? Эксперименты Гюнтера Нимца и более поздние тесты показали дикую вещь: время прохождения барьера стремится к нулю.
В чем парадокс: Математические расчеты показывают, что внутри самого барьера частица движется быстрее скорости света. А скорость света - это абсолютный скоростной предел Вселенной по Эйнштейну.
Почему это нерешенный тупик: Часть физиков утверждает, что здесь нет нарушения СТО, потому что с помощью туннелирования нельзя передать полезный информационный сигнал (это просто волновой пакет деформируется так, что его пик кажется улетевшим вперед). Другие ученые спорят и доказывают, что сверхсветовая скорость реальна. Точного, общепринятого понимания, что именно происходит с пространством и временем внутри барьера в момент прыжка, у науки нет до сих пор.
8. ПАРАДОКС СИНГУЛЯРНОСТИ
Предыстория: Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна - это шедевр. Она идеально описывает, как массивные объекты (звезды, планеты) прогибают под собой ткань пространства-времени, создавая гравитацию. По ОТО мы рассчитываем орбиты спутников и траектории космических зондов. Но у этой теории есть внутренний демон - черные дыры.
Где ломается логика: Если сжать массивную умирающую звезду до определенных размеров, гравитация становится настолько сильной, что сжатие уже ничто не может остановить. Звезда схлопывается в точку.
В чем парадокс: Уравнения Эйнштейна в этой точке (сингулярности) начинают делить на ноль. Они выдают бесконечную плотность, бесконечную гравитацию и бесконечную кривизну пространства.
Почему это нерешенный тупик: В физике слово бесконечность означает только одно - теория сломалась и больше не работает. Пространство и время в сингулярности просто перестают существовать. Чтобы описать этот кошмар, нужно объединить гравитацию ОТО с квантовой механикой (ведь точка микроскопическая!). Но полноценную теорию Квантовой гравитации (струны или петли) ученые не могут построить уже почти век. Мы буквально не знаем, что находится в сердце черных дыр и в самой первой микросекунде Большого взрыва.
9. КВАНТОВЫЙ ПАРАДОКС ЗЕНОНА
Предыстория: Древнегреческий философ Зенон Элейский когда-то придумал парадокс про летящую стрелу: в каждый конкретный миг времени стрела находится в конкретной точке пространства, то есть она неподвижна. А раз она неподвижна в каждый миг, значит, она не движется вообще. В макромире это бред (мы используем матанализ, чтобы доказать движение). Но в 1977 году физики Сударшан и Мисра обнаружили, что в квантовом мире Зенон был абсолютно прав.
В чем суть: Возьмем нестабильную радиоактивную частицу, которая должна распасться через какое-то время. По законам квантов, ее распад - это плавный процесс изменения волновой функции.
Где ломается логика: Если мы начнем непрерывно и очень часто подглядывать за частицей (проводить физические измерения ее состояния), она... никогда не распадется.
В чем парадокс: Наш бытовой здравый смысл говорит: от того, что ты смотришь на чайник, вода в нем не перестанет греться. Но в микромире акт измерения - это жесткое физическое вмешательство. Каждый раз, когда прибор фиксирует частицу, он насильно схлопывает ее волновую функцию обратно в начальное, нераспавшееся состояние. Время для квантовой системы буквально замирает от нашего созерцания.
Почему это нерешенный тупик: Эффект экспериментально доказан на ионах и атомах. Но он порождает глубочайший тупик: если Вселенная на фундаментальном уровне состоит из таких квантовых систем, то как она вообще умудряется развиваться и меняться? Кто тот «наблюдатель», который постоянно измеряет мир, или, наоборот, почему реальность не застывает намертво под действием миллиардов хаотичных микро-измерений вокруг нас?
Об этом эффекте у меня есть отдельная статья - ТУТ
10. ПАРАДОКС ПЛАНКОВСКОЙ ДЛИНЫ
Предыстория: В квантовой физике есть фундаментальный неделимый пиксель нашей реальности - Планковская длина (1.6 × 10⁻³⁵ метра). Меньше этого расстояния в нашей Вселенной в принципе ничего быть не может. Это предел, на котором само понятие расстояния и пространства теряет всякий физический смысл.
Где ломается логика: В дело вступает Специальная теория относительности (СТО) Эйнштейна. В ней есть закон: для наблюдателя, который движется с очень высокой (околосветовой) скоростью, все линейные размеры окружающих предметов начинают сжиматься в направлении движения (Лоренцево сокращение).
В чем парадокс: Представь, что ты разогнался на супер-ракете почти до скорости света и летишь мимо области пространства размером ровно в одну Планковскую длину. По законам Эйнштейна, для тебя эта длина обязана сжаться и стать еще меньше!
Почему это нерешенный тупик: Мы получаем неразрешимый клинч двух главных столпов физики. У ученых нет математического ответа, кто побеждает в этой дуэли на ультра-микроскопических масштабах. Это еще один жирный намек на то, что наши текущие знания о Вселенной - лишь временная надстройка над какой-то более глубокой физикой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эти парадоксы еще раз доказывают, насколько наши знания ничтожны. Мы вряд-ли знаем половину о физике нашего пространства, если не 10%. Но мы стремимся все познать и понять. Может, ваша гипотеза о мире докажет это. У кого есть мысли на этот счет, я очень рад буду почитать! В комментариях также выскажу и свою точку зрения.
Всех приветствую! Сегодня я расскажу вам про великого физика 20 века - Джона Уилера и про его гипотезу о мире.
БЛОК 1: БИОГРАФИЯ
Детство и подростковый период
Начнем, пожалуй, с биографии. Джон Уилер родился 9 июля 1911 года в городе Джексонвилл, штат Флорида. Его семья была максимально далека от точных наук, но глубоко погружена в культуру. И отец (Джозеф Уилер), и мать (Кэролайн Арчибальд) были профессиональными библиотекарями.
Маленький Джон рос в окружении бесконечных стеллажей с книгами. Читать он научился очень рано, но вместо художественной литературы его манили технические справочники.
С самого детства у Джона проявился инженерный склад ума. К 10 годам он мог самостоятельно починить сломавшиеся дома часы, собрать простейший радиоприемник из подручных средств и настроить телеграфную линию между своей комнатой и комнатой друга.
Когда Джону исполнилось 14 лет, его страсть к экспериментам чуть не закончилась трагедией. Он был заворожен химией и тем, как вещества взаимодействуют друг с другом. Подростком он умудрился раздобыть капсюли-детонаторы и немного динамита.
Эксперимент на заднем дворе пошел не по плану: произошел преждевременный взрыв. Мощная взрывная волна разнесла деталь в щепки. Подростку оторвало частьуказательного пальца на правой руке и оставило глубокие осколочные шрамы на лице и ноге.
Примерно в это же время, учась в средней школе в Балтиморе, он натыкается на книгу, которая переворачивает его жизнь - "Исчисления для практичного человека". Он заглатывает её за пару дней. Пока его сверстники бегали на свидания и играли в бейсбол, 15-летний Уилер сидел в библиотеке отца и самостоятельно изучал высшую математику, математический анализ и теорию вероятностей.
Студенчество
Уилер был абсолютным вундеркиндом. В 16 лет (в 1927 году) он с легкостью сдаёт экзамены и поступает в престижный Университет Джонса Хопкинса по стипендии штата Мэриленд.
Изначально он планировал стать инженером-химиком (сказывалась любовь к взрывам). Но на первом курсе он попадает на лекции по теоретической физике. Профессора заметили, что этот скромный парень в неизменном строгом костюме решает сложнейшие задачи быстрее выпускников. Ему разрешают свободное посещение и переводят на индивидуальный план.
Уилер двигался сквозь университетскую программу с непостижимой скоростью:
• В 21 год (1933 год) он получает степень доктора наук (Ph.D.) по физике. Его диссертация была посвящена теории рассеяния электронов гелием. В этом возрасте многие только оканчивают бакалавриат, а Джон уже был полноценным ученым.
• Сразу после защиты он подает заявку на престижную стипендию Национального исследовательского совета (NRC). Когда его спросили, куда он хочет поехать для продолжения исследований, он не задумываясь ответил:
В Геттинген, к Максу Борну, или в Копенгаген, к Нильсу Бору
Нильс Бор
В итоге в 1934 году 22-летний Уилер пакует чемоданы и отправляется в Европу, в Копенгаген. Именно там, в спорах с Нильсом Бором, начнется его великий путь, который через 55 лет приведет его к созданию концепции
"It from bit"
Воспитание будущих медалистов
Уилер обладал уникальным даром - он не подавлял учеников своим авторитетом, а раздувал их безумные идеи. Его кафедра в Принстоне стала настоящей фабрикой прорывов. Трое его учеников буквально переписали физику XX века, и каждый из них заложил свой кирпичик в будущую информационную гипотезу Уилера.
1. Ричард Фейнман: Бунтарь и метод аналогий
Когда Фейнман пришел к Уилеру в аспиранты, это был союз льда и пламени. Строгий Уилер в костюме и Фейнман в мятой футболке, барабанящий по столу. Уилер сразу оценил нестандартное мышление Ричарда. Вместе они разработали теорию прямого межчастичного действия (поглотителя Уилера - Фейнмана).
Ричард Фейнман
Фейнман научил Уилера важной вещи: если физическую формулу нельзя объяснить через простую жизненную аналогию - значит, мы не понимаем её суть. Позже этот подход Уилер применит к своей информационной физике.
2. Хью Эверетт: Многомировая интерпретация
В 1950-х аспирант Уилера Хью Эверетт предложил идею, от которой у физиков зашевелились волосы: Вселенная постоянно расщепляется на параллельные миры при каждом квантовом измерении. Кот Шрёдингера и жив, и мертв, просто в разных вселенных. Уилер был потрясен смелостью ученика. Хотя физическое сообщество тогда высмеяло Эверетта, Уилер защищал его диссертацию. Эверетт показал Уилеру, что измерение (получение информации) способно менять масштаб целой Вселенной. Об этом я писал, и почитать можно ТУТ
Хью Эверетт
3. Кип Торн: Геометрия космоса и черные дыры
Будущий создатель Интерстеллара учился у Уилера тонкостям Эйнштейновской геометрии. Вместе они копали физику черных дыр. Торн перенял у учителя страсть визуализировать сложные пространства, доказывая, что гравитация - это не сила, а чистая топология, искривление ткани мира. Про его работы я также писал, упоминая его. ВОТ одна из них
Кип Торн
Достижения
Прежде чем уйти в информационную физику, Уилер заложил фундамент под всю современную науку, став легендой в трех областях:
1. Ядерная физика (1939): Вместе с великим Нильсом Бором он создал капельную модель ядра. Они первыми объяснили, как делится уран, что легло в основу Манхэттенского проекта и всей атомной энергетики.
2. Квантовая механика (1937): Ввел понятие S-матрицы (матрицы рассеяния). Это гениальный математический инструмент, который позволяет рассчитать, что вылетит при столкновении частиц, даже если мы не видим сам квантовый хаос внутри. Сегодня без неё не работает ни один адронный коллайдер.
3. Квантовая гравитация (1960-е): Совместно с Брайсом Девиттом вывел волновое уравнение Вселенной. Безумный парадокс формулы Уилера -Девитта в том, что в ней принципиально отсутствует координата времени (t). В масштабах космоса времени нет - это иллюзия наблюдателя внутри системы.
4. Физика Черных Дыр: Именно Уилер в 1967 году подарил миру сам термин Черная дыра. Он же придумал термины Червоточина (Wormhole) и Квантовая пена. А еще доказал теорему У черной дыры нет волос: какой бы сложный объект туда ни упал, на выходе остаются только три параметра - масса, заряд и вращение. Вся остальная информация сбривается.
БЛОК 2: ИСТОРИЯ ЕГО ГИПОТЕЗЫ.
Этап 1. Замысел и подготовка (Осень 1988 — Весна 1989)
Уилер, будучи профессором в Принстоне, уже несколько лет развивал идеи о соучастной Вселенной, основываясь на своем эксперименте с отложенным выбором (1978 год). Однако у него не было единого емкого термина.
Толчком стал Войцех Зурек - известный физик-теоретик из Лос-Аламосской лаборатории(я писал про недавние новости оттвда, почитать можно ТУТ), который задумал провести междисциплинарную встречу, чтобы окончательно связать кванты, хаос и теорию информации Клода Шеннона. Зурек пригласил Уилера, как патриарха квантовой мысли, выступить с центральным докладом. Готовясь к этой встрече на рубеже 1988 и 1989 годов, Уилер впервые формулирует и оттачивает фразу
It from bit
Войцех Зурек
Этап 2. Первая публичная презентация в Санта-Фе (Май 1989)
Официальным днем рождения гипотезы считается рабочая неделя с 29 мая по 2 июня 1989 года. В городе Санта-Фе (Нью-Мексико) под эгидой Института Санта-Фе (SFI) проходит исторический воркшоп
"Сложность, энтропия и физика информации"
Именно там 77-летний Джон Уилер впервые публично произносит этот афоризм перед узким кругом из 40 ведущих физиков мира (среди которых были Чарльз Беннетт и будущие создатели квантового клонирования). Название его доклада звучало строго:
Information, Physics, Quantum: The Search for Links (Информация, физика, квант: поиск взаимосвязей)
Чарльз Беннетт
Этап 3. Мировая премьера в Токио (Август 1989)
Широкая научная общественность узнала о гипотезе чуть позже, в конце лета того же года. Уилер везет свой доклад в Японию. В августе 1989 года в Токио проходит 3-й Международный симпозиум
"Основания квантовой механики в свете новых технологий".
Там Уилер зачитывает свой манифест перед огромной международной аудиторией.
Этап 4. Текстовое закрепление (1990)
Окончательно в печати текст доклада закрепился в 1990 году, когда издательство Addison-Wesley выпустило официальный сборник трудов того самого симпозиума в Санта-Фе (том 8 серии SFI). Именно с этого момента статья с формулировкой "It from bit" стала официальным научным первоисточником, на который сегодня ссылаются все специалисты по квантовым вычислениям.
Джон Уилер
БЛОК 3: СУТЬ ГИПОТЕЗЫ
Суть гипотезы "It from bit"
В основе гипотезы лежит радикальный тезис:
Вселенная на фундаментальном уровне дискретна и цифрова, а физические объекты - это лишь вторичные признаки информации.
1. Квантовое измерение как игра в 20 вопросов
Уилер использовал великолепную аналогию с популярной салонной игрой в 20 вопросов (где один загадывает слово, а остальные пытаются угадать его с помощью вопросов, на которые можно ответить только Да или Нет).
Но Уилер модифицировал правила: представь, что ты выходишь из комнаты, а компания заговорщиков решает вообще не загадывать слово. Вместо этого они договариваются отвечать на твои вопросы абсолютно случайно, но с одним условием - каждый следующий ответ не должен противоречить всем предыдущим.
Когда ты возвращаешься и начинаешь спрашивать:
• Это живое? - Да (Бит 1).
• Это птица? - Нет (Бит 0).
• Оно летает? - Нет (Бит 0)...
К двадцатому вопросу в комнате рождается конкретное слово (например, Кот). Существовало ли это слово до того, как ты вошел? Нет! Ты сам вытащил его из хаоса своими вопросами.
Как это работает в физике: Вселенная до нашего измерения - это комната без загаданного слова. Электрон до того, как в него попал фотон детектора, не имеет ни координат, ни траектории. Он находится в суперпозиции - облаке чистых вероятностей.
2. Бинарный код реальности (0 и 1)
Когда физик ставит прибор (телескоп, фотоумножитель или коллайдер), он задает Вселенной бинарный вопрос. Природа обязана выдать ответ в виде электрического импульса на датчике. А это чистый двоичный код:
• Фотон пролетел через левую щель? ДА (1) или НЕТ (0).
• Спин электрона направлен вверх? ДА (1) или НЕТ (0).
В момент, когда прибор фиксирует этот бит данных, волновая функция частицы схлопывается. Абстрактная вероятность мгновенно превращается в осязаемую физическую точку. Происходит переход: из нематериального кода (Bit) рождается физическая сущность (It).
Волновая функция
3. Вселенная как Соучастный компьютер (Participatory Universe)
Отсюда Уилер делает вывод, который переворачивает классический материализм.
В старой физике считалось, что Вселенная - это гигантский пустой аквариум, в котором плавают материальные рыбки-частицы, а человек - лишь пассивный наблюдатель, который смотрит на них сквозь стекло.
Уилер заявляет: Никакого стекла нет. Мы сами сидим внутри этого аквариума и своими измерениями создаем этих рыбок.
Вывод и заключение
Частица - это не объект. Частица - это память Вселенной о проведенном измерении. Если стереть всю информацию о связях, конфигурациях, спинах и зарядах атомов твоего тела - материя не рассыплется на кусочки, она просто перестанет существовать, потому что исчезнет код, который говорил ей, как быть материальной.
Вот такой вот пост получился о великом человеке. Он сделал очень многое, дожил до 98 лет(до 2008 года) и застал очень много таких же великих ученых.
Надеюсь, данный пост вам понравился. Если вам все понравилось, буду рад лайку. Если не хотите пропускать мои посты - подпишитесь! Спасибо за просмотр, удачи!
Всех приветствую, сегодня очень редкая тема для пикабу - Квантовый эффект Зенона или КЭЗ. Разберемся:
Что это?
Зачем?
Выведем через математику
И узнаем как работает
Приятного чтения!
БЛОК 0: ИСТОРИЯ
Почему эффект ЗЕНОНА?
Эффект назван в честь древнегреческого философа Зенона Элейского и его апории(труднорешаемая проблема) о летящей стреле. Зенон утверждал, что в каждый неделимый миг времени стрела занимает конкретное равное себе пространство, то есть покоится. А раз она покоится в каждый миг, значит, она вообще не движется.
Зенон Элейский
Математические предпосылки в 1932 году
Знаменитый математик Джон фон Нейман в своей книге "Математические основы квантовой механики" впервые математически описал, как именно процедура измерения мгновенно меняет квантовое состояние.
Предсказание 1958 русским физиком
Советский физик Леонид Халфин математически доказал, что на самых ранних этапах времени закон распада квантовых систем не является экспоненциальным (как привычный нам радиоактивный распад), а имеет параболический характер, то есть квадратичный. Из этой работы Халфина напрямую следовало, что если измерять систему очень часто на этом ультракоротком промежутке времени, то распад можно остановить.
Леонид Халфин
У многих возник вопрос:
Что значит экспонециальный?
А вот как:
С открытия радиоактивности, Эрнест Резерфорд в начале 20 века экспериментально вывел и позже в 1928 году Георгий Гамов обосновал через квантовую механику ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. Согласно ему, вероятность выживания нестабильной частицы (или ядра) со временем падает по экспоненте:
Где ƴ - постоянная распада. Так вот, по экспоненте это значит, что частица не помнит своего прошлого. Ей всё равно, сколько она уже прожила, вероятность распасться в следующую секунду всегда одинакова. Из этой формулы следовало, что даже в самую первую фемтосекунду после создания частица начинает распадаться с постоянной скоростью. Но в квантовой механике этот закон нарушается на сверхмалых временах
Эрнест Резерфорд
Исобственно само открытие в 1977 году
Физики Байдьянат Мизра и Джордж Сударшан строго сформулировали этот парадокс математически и дали ему официальное имя Квантовый эффект Зенона.
Джордж Сударшан(к сожалению фото Байдьяната Мизры не нашел)
БЛОК 1: КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
В квантовом мире частица до измерения находится в суперпозиции - она как бы одновременно и жива, и мертва. Но когда прибор взаимодействует с частицей, происходит коллапс волновой функции: система насильно сбрасывается в одно из чистых состояний (в нашем случае - обратно в исходное, так как за мизерный отрезок времени вероятность распасться была ничтожно мала).
Частыми измерениями мы буквально приковываем систему к стартовой точке, не давая волновой функции плавно развиваться во времени. Фактически она не меняет свое состояние.
БЛОК 2: МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ С ПОЯСНЕНИЯМИ И ВЫВОД
Я все поясню максимально понятно, этот блок сделан для тех кто хочет вникнуть почему так и увидеть что это не очередная гипотеза.
Разложение волновой функции на малых временах
Пусть в начальный момент времени t = 0 система находится в состоянии |ψ(0)⟩. Это классическая запись Дирака для векторов состояния(бра- и кет) проще говоря, этот вектор обознает, что система равна нулю, как и все что в ней происходит. Но это только для Гильберта пространства(для справки). Согласно уравнению Шрёдингера, через очень короткий промежуток времени Δt состояние системы изменится:
Где знаменатель(нижнее число в дроби) это число как бы жизни системы для каждого атома. Не пытайтесь вникнуть, я просто скажу что Р это вероятность, и формула отвечает на вопрос:
Выживет ли атом после сверхкороткого промежутка времени?
То есть мы ищем вероятность, что он выживет.
Соединение
У нас есть также вторая формула, которая показывает, выживет ли частица после n промежутков времени?
Она представлена для справки. Суть я объяснил.
Финал вывода
Итак, а сейчас я расскажу вам про лимиты. Записывает они перед уравнением lim, и отвечает на вопрос
К чему график будет стремится, но никогда не пересечет?
Но здесь он работает наоборот. Он показывает нам, где график уткнется и не выйдет оттуда при данных условиях. В итоге, подставив в лимит эту формулу, мы узнаем, где будет стоять график. Давай же посмотрим
И вот, когда мы подставили вспоминаем второй замечательный предел, который всегда равен 1. И здесь он подходит как никогда, и мы получаем ответ 1. Сразу вопрос:
Ну единица и че она дает?
А если мы вспомним, что мы то искали вероятность, а здесь вероятность равна 1. Из теории вероятности мы вспоминаем, что сумма всех вероятностей всегда равна 1. А следовательно, что частица будет находится в исходном положении со 100% вероятностью! Вот так мы с вами и вывели этот эффект.
Квантовый компьютер считает с помощью кубитов. Главная проблема - кубиты безумно капризны. Любой чих из внешнего мира (тепло, электромагнитная волна) разрушает их рабочее состояние (это называется декогеренцией), и компьютер мгновенно превращается в бесполезный кирпич.
• Как помогает эффект Зенона: Физики непрерывно окликают кубиты микро-измерениями. Это не дает им разрушиться от внешнего шума и буквально насильно удерживает их в рабочем состоянии.
2. Квантовый замок от шпионов (Криптография)
Когда вы передаете секретные данные по квантовой сети (например, через фотоны света), вы хотите быть уверены, что их никто не перехватил.
• Как помогает эффект Зенона: Если шпион попытается подключиться к линии и незаметно подглядеть за фотонами, его измерение мгновенно сбросит квантовые часы системы. Физический закон изменит поведение фотонов на другом конце провода. Обман вскроется мгновенно: скрыть факт слежки в квантовом мире математически невозможно.
3. Управление химическими реакциями на атомном уровне
Обычно химия работает так: смешали вещества, и они реагируют сами по себе. Но иногда реакция идет не туда, куда надо, или разрушает полезные молекулы.
• Как помогает эффект Зенона: Частыми лазерными импульсами можно замораживать атомы в нужной конфигурации. Мы просто не даем молекуле развалиться или перестроиться, блокируя нежелательные химические связи прямо в процессе их зарождения.
4. Сверхточные медицинские и научные датчики
Для измерения магнитных полей (например, в МРТ следующего поколения) или гравитации нужны датчики на основе одиночных атомов. Но эти атомы постоянно так и норовят распасться или изменить свой спин от малейших помех.
• Как помогает эффект Зенона: Эффект позволяет искусственно продлевать жизнь и стабильность таких датчиков в тысячи раз. Мы заставляем атом оставаться чувствительным и стабильным ровно столько, сколько нам нужно для идеального измерения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
И поэтому, когда вы смотрите на чайник он так долго закипает) а честно - с чайником это была аналогия, которая хорошо описывает этот эффект.
Вот так, благодаря общим усилиям, открыли действительно хоть и не очень известный очень полезный эффект. Мы с вами вывели его с пояснениями, я объяснил суть процесса и зачем он, и теперь вы стали еще умнее.
ИСТОЧНИКИ
Статья 1977 года переведенная: The Zeno's paradox in quantum theory (B. Misra, E. C. G. Sudarshan)
Учебное пособие "Частица в двух ямах" (Иванов М. Г., МФТИ, 2025)
Вот такой пост получился. Надеюсь, вам понравилось. Буду рад лайку, а если вы не хотите пропускать следующие посты, подпишитесь! Спасибо @sergei2k, и @aut63, что поддержали меня! Благодаря им я смогу писать более креативные и безошибочные посты.
Пока мы жили нашей жизнью физики придумали нечто. Они снова залезли в микромир и сделали то, что окончательно разрушает нашу бытовую логику. Они официально научились локально разворачивать стрелу времени вспять.
Все мы с детства знаем главное правило нашей реальности: разбить кружку - легко, собрать обратно - невозможно. Горячий кофе, оставленный на столе, остынет, но никогда сам по себе не закипит. За эту несправедливость отвечает Второй закон термодинамики. Он гласит, что в нашей макро-вселенной хаос (научным языком - энтропия) всегда растёт. Именно энтропия работает как однонаправленный поезд из ГТА 5, который тащит нас из прошлого в будущее
Но если его все таки можно остановить?..
Кто, где и когда сломал систему?
Речь идёт о масштабном исследовании, опубликованном в авторитетнейшем научном журнале Physical Review X. Эксперимент провели физики из знаменитой американской Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory). Она известна тем, что именно в ней изобрели первую атомную бомбу под руководством Оппенгеймера в рамках Манхэттенского проекта. Команду исследователей возглавил физик-теоретик Луис Педро Гарсия-Пинтос (Luis Pedro García-Pintos).
Луис Педро Гарсия-Пинтос
Они разработали и протестировали уникальный протокол квантового контроля, который заставляет квантовую систему (в данном случае - связанные кубиты) эволюционировать в обратную сторону. То есть двигаться из состояния хаоса обратно в состояние идеального порядка.
БАК(Большой Адронный Коллайдер)
Почему квантам по барабану на наши часы?
На самом деле, если мы откроем фундаментальные уравнения физики - хоть старую добрую механику Ньютона, хоть квантовое уравнение Шрёдингера, - мы обнаружим удивительную вещь. Они симметричны во времени. Если в эти формулы вместо времени t подставить время со знаком минус -t, математика продолжит работать идеально. Одиночному электрону абсолютно плевать, куда лететь - из прошлого в будущее или наоборот. Законы микромира не знаютнаправления времени.
Проблема начинается тогда, когда этих частиц становится много. Один электрон не знает времени, но когда триллионы триллионов электронов собираются в вашу кофейную чашку, включается статистика термодинамики. Хаос начинает расти, и рождается привычное нам завтра.
Более того, в квантовом мире есть так называемый парадокс измерения. Пока мы не смотрим на частицу, она находится в суперпозиции - колышется во все стороны сразу как волна вероятностей. Но стоит нам попытаться её измерить, как её волновая функция схлопывается в конкретную точку. И вот этот самый момент фиксации и рождает однонаправленную стрелу времени. Обратно её уже не отмотать... Было нельзя. Пока Лос-Аламос не создал своего демона.
Как работает Квантовый демон Лос-Аламоса?
Чтобы не было вопросов почему демон, вот вам ответ:
В физике есть старый мысленный эксперимент - Демон Максвелла. Это гипотетическое существо, которое сидит на перегородке между двумя сосудами с газом и разделяет быстрые (горячие) частицы от медленных (холодных), заставляя энтропию падать, а систему - нагреваться саму по себе.
Команда Гарсии-Пинтоса создала цифровой аналог такого существа. Они разработали протокол непрерывной квантовой обратной связи. Квантовый процессор постоянно считывает информацию о состоянии кубитов, но делает это настолько хитро и аккуратно, что не разрушает их хрупкую суперпозицию.
На основе этих данных алгоритм генерирует точечные квантовые импульсы. Представьте, что вы разлили молоко в кофе, а невидимый микроскопический бармен начинает совершать миллиарды точнейших микродвижений ложкой, заставляя капли молока до единой молекулы собраться обратно в аккуратную белую струю.
В эксперименте система не просто имитировала обратный ход времени - для неё локально энтропия начала уменьшаться. Кубиты спонтанно вернулись в своё прошлое, абсолютно упорядоченное состояние. Они физически собрали разбитую кружку.
Лос-Аламосская лаборатория (Нью-Мексико, США)
Зачем нам эти игры в богов?
Уверен, в комментах сразу спросят:
Автор, ну и зачем нам этот реверс для трёх калек-электронов в лаборатории? В прошлое-то мы всё равно не улетим!
Улетать и не нужно, практическая польза здесь:
1. Идеальные квантовые процессоры. Главная проблема квантовых компьютеров - дегеренция. Кубиты постоянно шумят, путаются от внешнего мира и сбивают вычисления. Алгоритм Лос-Аламоса позволяет буквально отматывать эти сбои назад во времени, возвращая процессор в исходное чистое состояние.
2. Квантовый измерительный двигатель. Учёные доказали, что из самого акта квантового измерения под управлением их демона можно... извлекать чистую энергию! Они создали теоретическую модель квантовой батареи, которая заряжается за счёт информации и управления временем. Двигатель, работающий на реверсе времени - звучит как киберпанк, который мы заслужили.
Сколько это все стоило и обошлось?
Честно - никто не говорит. Общий бюджет этой лаборатории порядка 5.5млрд$, из них на передовые технологии в квантовых областях выделяется около 450млн$, но цифры не точные.
Философский вывод
Какой вывод? Время - это не железобетонная река, текущая в одном направлении. Это всего лишь коллективное поведение триллионов атомов нашего макромира. Но там, на самом дне реальности, страницы квантовой книги истории можно шелестеть в обе стороны. Физика снова доказывает, что наши "железобетонные" законы - это просто частный случай.
Надеюсь вам все понравилось. Буду рад лайку, а если вы не хотите пропустить посты от меня, то буду рад лайку. Также я собираю на книгу по квантмеханике и буду рад поддержке, есьи у вас есть желание и возможность. Никого не заставляю.
Буквально на днях, 3 ноября 2026 года, команда физиков из Кембриджского университета, работающая на Большом адронном коллайдере (детектор LHCb), выкатила сенсационную статью. Они объявили, что впервые в истории вплотную приблизились к загадочному миру сверхмалых расстояний, который ученые называют Зептовселенной (Zeptoverse).
Кембриджский университет
Ученые охотились за этим событием больше 40 лет, начиная с 1984 года. И вот, с помощью нейросетей и обновленного коллайдера, они его поймали.
Что за частицу они мучили?
В центре внимания оказался нейтральный B0-мезон (его еще называют "прелестным" мезоном, потому что в нем сидит beauty-кварк). Эти частицы рождаются в коллайдере, но живут ничтожно мало - всего полторы триллионных доли секунды, после чего распадаются.
По правилам Стандартной модели (главного учебника физики), B-мезон невероятно редко должен распадаться на две другие частицы - мюон и антимюон (тяжелые братья электрона). Математика говорит, что это происходит всего один раз на десять миллиардов распадов! Это как выиграть в космическую лотерею, купив один билет.
Физики из Кембриджа смогли зафиксировать этот редчайший распад со значимостью в 3,2 сигма. Это железное свидетельство того, что процесс реален.
При чем тут Зептовселенная и какой туда вход?
Слово Зепто означает 10^-21. Зептометр - это одна триллионная от миллиардной части метра. Это в миллиарды раз меньше, чем один атом. На таких масштабах обычные приборы бессильны. Мы не можем построить микроскоп, чтобы увидеть, что там происходит.
Но природа оставила нам лазейку (тот самый вход). Когда B-мезон готовится распаться на два мюона, он на долю мгновения создает внутри себя виртуальные квантовые флуктуации. На эти наносекунды внутри мезона начинают действовать силы и частицы из того самого ультра-микромира - из Зептовселенной.
Изучая, как именно и с какой скоростью распадается B-мезон, физики могут заглянуть на масштабы зептометра сквозь трещину в Стандартной модели. Это как смотреть через замочную скважину на то, что творится внутри закрытой секретной комнаты.
Почему физики сейчас ликуют?
В этой невообразимо крошечной Зептовселенной могут прятаться совершенно новые, неизвестные науке тяжелые частицы и пятые фундаментальные силы природы.
Именно эти скрытые силы могут наконец-то объяснить главные загадки нашего бытия:
1. Что такое тёмная материя, которая удерживает галактики, но которую никто не может поймать?
2. Почему Вселенная вообще существует? В момент Большого взрыва материя и антиматерия должны были родиться в равных количествах и полностью уничтожить друг друга. Но материя победила. Ответ на вопрос
Почему мы не аннигилировали???
скрыт как раз там, на уровне зептометров, и B-мезоны только что приоткрыли туда дверь.
Гарри Клифф
Как сказал сам руководитель исследования Гарри Клифф:
Увидеть это редчайшее событие было потрясающе. Мы буквально стучимся в дверь Зептовселенной.
И судя по всему, дверь начинает поддаваться...
Буду рад лайку, а если не хотите пропускать другие новости и другие посты про физику, подпишитесь!
Также я собираю на книгу, и если у вас есть возможность и желание поддержать, я буду искренне рад.
Удачи!
UPD:
Под 3.2 сигмы я согласен неправильно выразился, поторопился в том моменте. Извините. 3.2 сигмы это намек на открытие очень жирный а не открытие, для открытия нужно 5 сигм
Всех приветствую и это 5 юбилейная часть хронологии астрофизика. Сегодня мы разберем 10 безумных можно сказать или страшных кому то гипотез конца света. Я буду располагать их по градации от самых легких и простых, и вообщем не страшных по меркам других до самый жутких и захватывающих. Этот лонгрид я решил сделать длинным, т.к. юбилей надо отметить же) Приятного чтения!
Введение
Существует много гипотез причины существования вселенной и множество типов людей разделяющих разные мнения. Большой взрыв, Бог самые популярные. Но никто почти не затрагивает тему конца вселенной...
Гипотеза №1: Большое сжатие (Big Crunch)
Начнём с классики, которую проще всего визуализировать. Если вы думаете, что Вселенная будет вечно и уныло расширяться в пустоту, то сторонники теории Большого сжатия готовы с вами поспорить. По сути, этот сценарий - зеркальное отражение Большого взрыва. Настоящий космический реверс, где плёнку нашей истории запускают в обратную сторону.
Чтобы понять, как это работает, нам нужно вспомнить главного дирижера космоса - гравитацию. Сейчас наша Вселенная расширяется. Галактики разлетаются в разные стороны, и делает это они с огромной скоростью из-за импульса, полученного ещё в момент рождения, а также под действием загадочной тёмной энергии. Представьте, что вы подбросили вверх тяжёлый камень. В первые секунды он стремительно летит в небо, преодолевая сопротивление. Но гравитация Земли никуда не делась - она продолжает ежесекундно тянуть его назад, замедляя его ход.
В гипотезе Большого сжатия предполагается, что тёмная энергия - это не постоянная сила. В какой-то момент её плотность может начать падать, или её природа изменится (физики называют это сменой знака космологической постоянной). И вот тогда гравитация обычной, видимой материи и тёмной материи берёт бразды правления в свои руки.
В этот судьбоносный день расширение Вселенной сначала замедлится, затем полностью остановится, а потом... камнем полетит вниз. Начнётся Великое возвращение.
Сначала человечество (или те, кто к тому времени останется) ничего не заметит. Галактики просто прекратят разлетаться. Но спустя миллионы лет астрономы будущего обнаружат нечто пугающее: спектральный анализ далёких звёзд вместо привычного красного смещения (признака удаления) начнёт показывать синее смещение. Это означает, что всё космическое вещество со свистом летит навстречу друг другу.
По мере сужения пространства события начнут развиваться по нарастающей. Галактики начнут сталкиваться и сливаться в гигантские мега-скопления. Но это не будут красивые космические танцы. Пространства становится меньше, а плотность излучения растёт. Ночное небо Земли (если она ещё будет существовать) в городах перестанет быть чёрным. Оно начнёт светиться сначала тусклым, а затем всё более ярким и зловещим светом из-за миллиардов приближающихся звёзд.
Примерно за 100 000 лет до финального коллапса температура фонового излучения Вселенной превысит температуру поверхностей большинства звёзд. Это значит, что звёзды больше не смогут сбрасывать своё тепло наружу. Они начнут буквально вариться в собственном соку и взрываться изнутри. Космос превратится в сплошной бурлящий океан плазмы.
В последние минуты этого ада всё вещество Вселенной - планеты, чёрные дыры, атомы и сами элементарные частицы - будет спрессовано гравитацией в невероятно плотный, горячий бульон. Пространство-время сожмётся в бесконечно малую точку с бесконечной плотностью - в сингулярность, из которой мы когда-то вышли. По сути, Вселенная просто захлопнет за собой дверь, уничтожив любые следы того, что здесь когда-то существовала жизнь, цивилизации и нас с Вами.
Гипотеза №2: Большой отскок (Big Bounce).
Если предыдущая гипотеза Большого сжатия оставляла нас в депрессивной сингулярности, где всё закончилось глухим тупиком, то Большой отскок предлагает нам сюжетный твист в стиле лучших научно-фантастических франшиз. Эта теория говорит:
Конец - это просто новое начало.
Физики, продвигающие эту концепцию (особенно сторонники петлевой квантовой гравитации), считают, что Вселенная не может окончательно умереть в бесконечно малой точке, потому что у самой ткани пространства есть предел сжатия.
Давай разберем механику. Представь себе обычный резиновый мячик. Ты бросаешь его со всей силы в бетонную стену. Что с ним происходит? Он летит, деформируется, сжимается до максимума, накапливает колоссальную энергию упругости, а затем резко отскакивает в обратную сторону. Примерно это же, по мнению ряда ученых, происходит и с мирозданием.
Когда гравитация побеждает темную энергию и запускает процесс Большого сжатия (о котором мы говорили в первом пункте), вся материя космоса устремляется в одну точку. Вселенная сжимается, раскаляется, галактики плавятся в общую кашу. Но когда плотность этого безумного супа приближается к так называемой планковской плотности (это абсолютный физический максимум, плотнее которого во Вселенной просто ничего быть не может), в дело вступают законы квантовой механики.
Оказывается, на экстремально крошечных расстояниях гравитация может менять свой знак! Вместо того чтобы притягивать объекты друг к другу, она начинает их расталкивать с чудовищной силой. Пространство-время словно упирается в невидимый квантовый барьер. Вместо того чтобы схлопнуться в сингулярность (в ноль), Вселенная испытывает колоссальный квантовый шок, пружина распрямляется, и происходит... новый Большой взрыв.
И вот тут у читателя на пикабу должен возникнуть резонный вопрос:
Автор, ну и что? Нам-то какая разница, если нас все равно переплавило в плазму?
А разница колоссальная. Эта гипотеза превращает нашу Вселенную из одноразовой вспышки в вечный цикличный двигатель. Мы живем не просто в каком-то случайном космосе, а, возможно, в пятидесятом или сто миллиардном по счету воплощении Вселенной.
Но у этой красивой сказки есть своя темная, изнуряющая сторона. При каждом таком «отскоке» и новом взрыве Вселенная не очищает свою карму полностью. Согласно законам термодинамики, в системе накапливается энтропия - грубо говоря, космический мусор в виде рассеянного излучения. С каждым новым циклом Вселенная должна становиться все больше по объему и жить дольше, пока в каком-то из циклов этот механизм просто не сломается, или пока космос не превратится в бесконечное унылое море мертвой энергии.
Тем не менее, Большой отскок - это самый оптимистичный апокалипсис из всех возможных. Да, человечество сотрет в порошок, но атомы, из которых ты состоял, снова разлетятся по новому, свежему космосу, чтобы через миллиарды лет сформировать новые звезды, новые планеты и, возможно, новый вид разума.
Наглядное обьяснение энтропии
Так же мог возникнуть вопрос:
Так это же гипотеза зарождения?..
А вот в этом и кроется хитрость. При такой гипотезе зарождение и смерть это одно и то же событие!..
Гипотеза №3: Тепловая смерть (Big Freeze).
Если предыдущие сценарии обещали нам эпичный финальный замес с гравитацией, то Тепловая смерть (или Большое замерзание) - это абсолютный триумф уныния, тишины и термодинамики. Это самый научно обоснованный и вероятный финал нашей Вселенной по мнению большинства современных ученых. Здесь не будет взрывов. Вселенная умрет не от огня, а от старости, скуки и тотального холода.
Главный виновник этого апокалипсиса - Второй закон термодинамики и его верный спутник по имени Энтропия. Простыми словами, энтропия - это мера хаоса и беспорядка. Законы физики запрещают теплу самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему. Всё в нашей реальности стремится перемешаться и остыть.
Представь чашку горячего ароматного кофе, которую ты поставил на стол на кухне. Что с ней произойдет? Она постепенно остынет, отдав тепло комнате, пока её температура не сравняется с температурой воздуха. Физики называют это состоянием термодинамического равновесия. Как только кофе остыл, ты больше не можешь извлечь из него энергию. Ты не можешь заставить его согреть самого себя обратно. Так вот: наша Вселенная - это точно такая же чашка кофе. И она прямо сейчас остывает.
Поскольку тёмная энергия продолжает растягивать космос во все стороны с ускорением, галактики улетают всё дальше друг от друга. Примерно через 100 миллиардов лет они уйдут за так называемый космологический горизонт. Это значит, что если астрономы будущего посмотрят в телескопы, они не увидят ничего, кроме своей собственной галактики. Небо станет абсолютно черным и пустым. Вселенная превратится в архипелаг изолированных космических островов.
А дальше начнется то, что ученые называют Эпохой звездного угасания. Примерно через 100 триллионов лет запасы водорода и гелия в космосе окончательно истощатся. Новые звезды просто перестанут рождаться. Старые светила - желтые карлики вроде нашего Солнца, а затем и долговечные красные карлики - постепенно выжгут свое топливо, остынут и превратятся в мертвые космические трупы: белые, коричневые и черные карлики.
Коричневый карлик
Вселенная погрузится в вечные сумерки. Единственными хозяевами этого бескрайнего кладбища останутся черные дыры и остывшие куски железа, летящие в пустоте при температуре, близкой к абсолютному нулю. Больше не будет ни света, ни тепла, ни химических реакций. Время потеряет всякий практический смысл, потому что в космосе перестанет происходить хоть что-то. Вселенная достигнет максимальной энтропии - идеального, мертвого, ледяного баланса, где само понятие жизни станет физически невозможным.
Гипотеза №4: Большой разрыв (Big Rip).
Если Тепловая смерть казалась вам унылой, то Большой разрыв - это чистый кинематографичный экшен, где Вселенная решает устроить самый громкий и яростный финал в истории. В этом сценарии пространство не просто расширяется, оно начинает рвать само себя на куски. И виной всему - тёмная энергия, а точнее её самая агрессивная разновидность, которую физики называют фантомной энергией.
Давайте разберем механику на простом примере. Представьте, что вы взяли широкий резиновый жгут, нарисовали на нем маркером человечков, галактики, планеты и начали его растягивать. Сначала всё идет штатно: нарисованные объекты просто отдаляются друг от друга. Именно это происходит со Вселенной прямо сейчас - галактики разлетаются. Но теперь представьте, что вы начинаете тянуть резину с нечеловеческой, постоянно растущей силой. В какой-то момент натяжение становится настолько диким, что рваться начинает сама резина прямо под вашими рисунками. Жгут разлетается в лохмотья. Это и есть Большой разрыв.
Всё зависит от так называемого параметра состояния тёмной энергии. Если её расталкивающая сила со временем растет, гравитация начнет сдавать позиции одна за другой. Ученые даже рассчитали примерную хронологию этого безумия, и выглядит она как сценарий для самого дорогого фильма-катастрофы.
Примерно за 60 миллионов лет до финального аккорда тёмная энергия станет сильнее гравитации на уровне галактик. Млечный Путь просто распадется: звезды сорвутся со своих насиженных мест и разлетятся в разные концы космоса, как испуганные птицы. Галактики как единые структуры перестанут существовать.
За три месяца до конца света фантомная энергия доберется до звездных систем. Гравитация Солнца больше не сможет удерживать планеты. Земля, Марс, Юпитер и все остальные сорвутся со своих орбит и улетят в ледяную темноту пустоты. Но радоваться одиночеству Земле придется недолго. За несколько дней до финала сама планета начнет трещать по швам. Тёмная энергия преодолеет внутренние тектонические силы Земли, и наш обитаемый шарик просто взорвется изнутри, превратившись в облако обломков.
В последние часы апокалипсиса физика перейдет на микроуровень. Фантомная энергия станет настолько мощной, что разорвет электромагнитные связи. Молекулы распадутся. Любая твердая материя - куски планет, остатки цивилизаций и сами атомы - будет разорвана в клочья. Напоследок, за ничтожную долю секунды до финала, будут уничтожены атомные ядра. Сильное ядерное взаимодействие капитулирует, протоны и нейтроны прекратят существование.
Конечная точка - это разрыв самой геометрии пространства-времени. Вселенная превратится в бесконечный набор изолированных, сингулярных точек, между которыми невозможно никакое взаимодействие. Пространство порвано. Финал трагичен.
Гипотеза №5: Испарение черных дыр. Прощальный салют космических монстров
Эта гипотеза переносит нас в такое далекое будущее, что человеческий мозг просто отказывается воспринимать эти цифры. Мы отправляемся в эпоху, когда Тепловая смерть уже наступила, все звезды давно погасли, планеты рассыпались, а Вселенная превратилась в бескрайний темный океан. Единственными выжившими объектами в этом ледяном ничто остались они - черные дыры. Гигантские гравитационные монстры, которые миллиарды лет жрали материю, теперь остались в абсолютном одиночестве. Казалось бы, вот он, финальный статус: вечная власть черных дыр. Но физика приготовила для них изощренную квантовую смерть.
Виновником этого финала стал великий Стивен Хокинг. Он доказал, что черные дыры на самом деле не абсолютно черные - они потихоньку худеют и излучают энергию, которую назвали излучением Хокинга.
Стивен Хокинг
Я писал про это в прошлых частях, если хотите подробней, то почитайте 4 часть, а сейчас скажу кратко.
Чтобы понять, как это работает, нам нужно заглянуть на самый край черной дыры - к горизонту событий. Квантовая механика говорит, что в вакууме постоянно, из ниоткуда, рождаются пары виртуальных частиц: частица и античастица. Обычно они мгновенно сталкиваются и аннигилируют обратно в пустоту. Но если такая пара рождается прямо на границе черной дыры, происходит космическая несправедливость. Одну частицу затягивает внутрь, за горизонт событий, а вторая успевает улететь в открытый космос.
Для внешнего наблюдателя это выглядит так, будто черная дыра сама испустила частицу. Но физику не обманешь: закон сохранения энергии требует плату. Улетевшая частица уносит с собой крошечную долю массы самой черной дыры. Монстр буквально тает.
Этот процесс идет мучительно медленно. Черная дыра с массой нашего Солнца будет испаряться невообразимые 10⁶⁷ лет. А сверхмассивные монстры в центрах галактик будут таять около 10¹⁰⁰ лет (гугол лет!). Это время настолько огромно, что по сравнению с ним вся нынешняя история Вселенной - лишь мимолетная вспышка.
Но самое интересное и пугающее происходит в самом конце. Скорость испарения черной дыры зависит от её массы, причем наоборот: чем дыра меньше, тем быстрее и яростнее она худеет. Когда огромный монстр за гугол лет уменьшается до размеров футбольного мяча, а затем и до размеров атома, его температура взлетает до безумных значений.
В последние секунды своей жизни черная дыра перестает быть тихой невидимой воронкой. Она превращается в яростный квантовый ускоритель и... взрывается. Финальная вспышка высвобождает колоссальное количество высокоэнергетического гамма-излучения. Это настоящий прощальный салют. Одна за другой, разделенные миллиардами лет пустоты, старые черные дыры будут взрываться в кромешной тьме умирающего космоса, как последние гаснущие фейерверки на заброшенном полигоне.
Когда взорвется последняя черная дыра, во Вселенной не останется ни одного плотного объекта. Только остывающее море фотонов, летящих в бесконечность.
Гипотеза №6: Квантовое замерзание.
Все предыдущие сценарии, какими бы жуткими они ни были, объединяло одно - в них текло время. Галактики разлетались, черные дыры испарялись, атомы рвались. Всё это происходило в хронологическом порядке. Но что, если само время - это не вечная незыблемая река, а просто временное свойство нашей Вселенной, у которого есть свой срок годности? Сторонники гипотезы Квантового замерзания утверждают, что в финале космоса сломается не материя, а само время. Оно просто остановится.
Чтобы понять эту дичь, давай отбросим бытовое понимание времени (тиканье часов) и взглянем на него глазами Эйнштейна. Время - это просто четвертое измерение. У нас есть три пространственных измерения (вперед-назад, влево-вправо, вверх-вниз) и одно временное. Мы движемся сквозь время так же, как едем на машине по шоссе.
Группа физиков из Испании выдвинула революционную и пугающую идею: то, что мы принимаем за ускоряющееся расширение Вселенной (действие загадочной темной энергии), на самом деле является иллюзией. Галактики не разлетаются быстрее. Это само время замедляет свой ход. Из-за этого свету требуется больше времени, чтобы долететь до нас, и нам кажется, что расстояния увеличиваются. Мы думаем, что космос разгоняется, а на самом деле у него просто садятся батарейки времени.
Представь себе старую кинопленку, которую крутят в проекторе. Персонажи на экране бегают, прыгают, живут своей жизнью. Но моторчик проектора начинает медленно остывать и крутить бобину всё медленнее. Для персонажей внутри фильма ничего не меняется - их внутренние процессы замедляются синхронно с окружением. Но со стороны это выглядит как прогрессирующий паралич.
Рано или поздно моторчик заклинит окончательно. Пленка встанет. Один конкретный кадр застынет перед линзой проектора навсегда.
Когда время во Вселенной окончательно замерзнет, космос превратится в гигантский, вечный, неудаленный скриншот реальности. Всё вещество, каждая планета, звезда, каждый фотон света и каждый электрон замрут в той самой геометрии и в тех самых позициях, в которых их застала смерть четвертого измерения.
Самое парадоксальное, что если бы в этот момент существовали живые наблюдатели, они бы даже не успели понять, что произошло. Мозг думает с определенной скоростью, импульсы между нейронами идут во времени. Когда время останавливается, химическая реакция в твоей голове застывает на половине пути. Ты навсегда останешься в состоянии сейчас, которое никогда не превратится в потом. Вселенная не исчезнет, не взорвется и не остынет. Она просто потеряет способность меняться, превратившись в бесконечный застывший памятник самой себе.
Все предыдущие сценарии апокалипсиса милостиво оставляли нам надежду на то, что элементарные кирпичики Вселенной - стабильны. Мы привыкли думать, что даже если планеты разлетятся, а звёзды погаснут, сами атомы останутся целыми. Но Гипотеза распада материи заявляет прямо: у всего вещественного мира есть свой жесткий срок годности. И этот срок зашит внутри самого прочного элемента в космосе - протона.
Давайте разберёмся в анатомии микромира. Всё, что вы видите вокруг себя - экран вашего телефона, чашка чая, вы сами и далёкие галактики - соткано из атомов. В центре каждого атома сидит ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Нейтроны без протонов долго не живут и распадаются за 15 минут. А вот протон в современной Стандартной модели физики считается абсолютно стабильным, бессмертным патриархом. На нём держится вообще вся химия и материя Вселенной.
Однако многие перспективные физические теории (так называемые Теории Великого Объединения) утверждают, что протон на самом деле смертен. Просто он чертовски терпелив. Математические расчёты показывают, что период полураспада протона составляет невообразимые 10³⁴ лет. Это число с тридцатью четырьмя нулями. Для сравнения: нашей Вселенной сейчас всего каких оо ничтожных 13,8 миллиарда лет (это жалкие 10¹⁰ лет).
Что произойдёт, когда эти космические часы дотикают до критической отметки? Начнётся самый тихий, неотвратимый и тотальный демонтаж реальности.
Представьте себе кирпичный дом, в котором каждый кирпич раз в миллиард лет превращается в облачко пыли. Сначала это незаметно. Но со временем конструкция начнёт истончаться. В масштабах Вселенной будущего это будет выглядеть как глобальное растворение твердого мира. Протоны внутри атомных ядер начнут распадаться на позитроны и пионы, которые тут же аннигилируют в чистые фотоны света.
Остывшие планеты, железные звёзды, останки древних цивилизаций и космическая пыль начнут буквально таять изнутри. Кусок твёрдого железа, летящий в пустоте, без всякого внешнего воздействия будет постепенно терять массу, атом за атомом, превращаясь в призрачное излучение. Связи между молекулами просто исчезнут, потому что исчезнут сами ядра, которые эти связи удерживали.
В финале этой эпохи во Вселенной не останется ни одной граммы твёрдого или газообразного вещества. Никаких химических элементов. Никакой таблицы Менделеева. Всё, что когда-то было материей, испарится и превратится в унылый разреженный газ из электронов, позитронов и фотонов, бесконечно летящих в тёмную пустоту. Вселенная окончательно потеряет плотность, превратившись в бесформенное энергетическое ничто.
Гипотеза №8: Распад ложного вакуума. Квантовый аннигилятор и мгновенная смерть законов физики
Если предыдущие сценарии давали нам хотя бы теоретический шанс подготовиться, понаблюдать за угасанием звезд или распадом протонов, то Распад ложного вакуума - это самый безжалостный сценарий. Физики называют его абсолютным экологическим катастрофизмом. Это кнопка Delete, которую реальность может нажать без предупреждения, без звука и в любую секунду.
Давайте начистоту: мы привыкли думать, что вакуум - это абсолютный ноль. Пустота, где ничего нет и ничто не может испортиться. Так вот, забудьте. Современная квантовая теория поля говорит, что наш вакуум - это фальшивка. Мы живем в так называемом ложном вакууме.
Представьте себе крутой горный склон, на котором есть небольшой уступ. И в этой выемке лежит тяжелый бильярдный шар. Он лежит там миллиарды лет, стабильно и надежно. Если вы посмотрите на него, вам показаться, что он находится в абсолютном покое. Но это иллюзия. На самом деле у шара колоссальный запас потенциальной энергии, просто он застрял на уступе и не может докатиться до самого подножия горы — до истинного дна, где энергия будет минимальной.
Наша Вселенная - это и есть такой шар, застрявший в энергетической яме поля Хиггса. То состояние пространства, которое мы считаем безопасным нулём, имеет базовый уровень энергии выше минимально возможного. И это главный экзистенциальный кошмар физиков. Почему? Потому что в микромире правит квантовое туннелирование. В любой момент времени, абсолютно случайно, в любой точке космоса - будь то центр далекой галактики или пространство прямо у вас за диваном - этот шар может пробить квантовый барьер и скатиться на истинное дно.
Как только это произойдет, в ткани пространства зародится крошечный пузырек истинного вакуума. И этот пузырь начнет расширяться во все стороны со скоростью света.
А теперь самое жуткое. Стенка этого пузыря обладает невероятной энергией. Всё, что она задевает, мгновенно аннигилирует. Физика внутри пузыря становится принципиально другой: там меняются фундаментальные массы частиц, законы химии перестают работать, электромагнетизм отключается, а атомы, из которых соткана материя, просто распадаются на базовые кирпичики. Новая физика буквально стирает старую.
Вы не сможете увидеть, как этот пузырь летит к Земле, потому что он движется со скоростью света - свет не способен его обогнать. Никакие телескопы нас не предупредят. Вы будете читать этот пост на Пикабу, пить чай или листать комменты, и в ту же наносекунду вас, Землю, Солнечную систему и всю нашу реальность просто выключит. Без боли, без спецэффектов, без шанса на спасение. Вселенная просто перейдет в свое истинное, стабильное состояние, в котором для нас места не предусмотрено.
Гипотеза №9: Большое проглатывание (Big Slurp).
Если распад ложного вакуума пугал своей мгновенной цифровой смертью, то Большое проглатывание - это сценарий овеществленного, осязаемого и крайне изнуряющего космического ужаса. Это апофеоз гравитационного каннибализма. Сценарий, в котором Вселенная не просто остывает или рвется, а физически спрессовывается и переваривается в желудке одной-единственной сверхмассивной черной дыры.
Давай включим логику и масштабы. В центрах практически всех галактик сидят гравитационные монстры - сверхмассивные черные дыры. В нашей галактике это Стрелец А*, а в галактике M87 - монстр массой в 6,5 миллиардов Солнц. Эти ребята обладают одной неприятной особенностью: они никогда не худеют естественным путем, пока вокруг есть хоть какая-то еда. Они жрут звезды, газ, пыль и другие черные дыры поменьше.
Стрелец А*
В гипотезе Большого проглатывания рассматривается будущее, где из-за определенной геометрии расширения или локального торможения пространства галактики начинают неудержимо сталкиваться друг с другом, образуя гигантские мега-скопления. Когда две галактики сливаются, их центральные черные дыры устраивают смертельный танец. Они вращаются вокруг общего центра тяжести, излучают гравитационные волны, теряют энергию и в итоге с грохотом сливаются в одного еще более жуткого титана.
Представь себе безумную королевскую битву на выбывание, где ареной служит весь космос. Миллиарды лет гигантские черные дыры будут пожирать своих братьев. Менее массивные объекты будут безжалостно сброшены в аккреционные диски и разорваны на атомы.
М87
В конце концов этот процесс выйдет на финишную прямую. Во Вселенной останется всего несколько десятков, а затем и единицы ультра-массивных черных дыр размером с целые звездные системы и массой в триллионы Солнц. Гравитационное поле такого чудовища станет настолько огромным, что оно начнет притягивать к себе абсолютно всё, что осталось в пределах космологического горизонта. На огромной скорости в эту финальную сингулярность полетят остатки остывшего излучения, бродячие мертвые планеты и квантовый мусор.
Финал этой гипотезы монументален и мрачен. Последние две супер-дыры Вселенной неизбежно найдут друг друга в кромешной тьме. Их слияние потрясет саму ткань пространства-времени, породив гравитационные волны чудовищной мощности. Когда этот финальный монстр поглотит последнюю субатомную частицу в округе, Вселенная схлопнется в одной-единственной точке. Вся история космоса, все миллиарды лет эволюции, все триллионы сгоревших звезд и память о существовании человечества будут спрессованы под горизонтом событий в бесконечно плотную, безмолвную точку, из которой нет и никогда не будет выхода. Космос превратится в одну сплошную черную дыру.
Гипотеза №10: Голографический коллапс. Сбой матрицы и удаление трехмерного кода
Мы добрались до вершины нашего экзистенциального хит-парада. Если предыдущие девять пунктов ломали материю, звезды и время, то Голографический коллапс ломает саму концепцию того, что наша реальность вообще когда-либо существовала. Эта теория базируется на одном из самых авторитетных и при этом взрывающих мозг направлений современной теоретической физики - Голографическом принципе.
Суть этого принципа, сформулированного физиками Герардом 'т Хоофтом и Леонардом Сасскиндом, звучит как бред сумасшедшего: всё наше трехмерное пространство (с его глубиной, высотой и шириной) - это иллюзия. На самом деле Вселенная двухмерна. Вся информация о каждом атоме вашего тела, о каждой звезде и о каждом событии записана в виде плоского квантового кода на далекой, плоской двухмерной границе космоса. А мы с вами - лишь 3D-проекция, голограмма, которую этот код проецирует внутрь пространства.
Герард 'т Хоофт
Представьте себе обычную компьютерную игру. Вам кажется, что вы бегаете по огромному трехмерному миру, но физически этого мира нет - есть только плоский кремниевый чип и строчки кода на жестком диске.
А теперь перейдем к апокалипсису. Компьютерный код может работать до тех пор, пока память не перегружена и жесткий диск не посыпался битыми пикселями. В физике аналогом такой перегрузки является достижение максимальной энтропии - хаоса.
Когда Вселенная приблизится к своему финалу (например, в ходе Тепловой смерти, о которой мы говорили в третьем пункте), плотность информации на двухмерной границе космоса достигнет своего критического предела - предела Бекенштейна. На квантовом жестком диске Вселенной просто закончится свободное место. Информационные биты (кубиты) начнут накладываться друг на друга, стирая логические связи.
Леонард Сасскинд
Для нас, внутри голограммы, это будет выглядеть не как взрыв, а как прогрессирующий сбой симуляции. Сначала в случайных точках космоса начнут отключаться законы геометрии. Расстояния между объектами станут вычисляться неверно. Свет начнет двигаться по ломаным траекториям, а фундаментальные константы - например, скорость света или масса электрона - начнут плавать, как текстуры в заглючившей игре. Реальность начнет рассыпаться на цифровой квантовый шум.
В финальную секунду, когда двухмерная граница космоса окончательно превратится в сплошной хаотичный белый шум, код считывания просто остановится. Проектор выключится. Наша трехмерная Вселенная со всеми её галактиками, черными дырами и воспоминаниями не сожмется и не разорвется - она просто исчезнет, как гаснет экран телевизора, когда его выдергивают из розетки. Останется только плоская, мертвая двухмерная граница, хранящая стертый, бессмысленный цифровой мусор.
Вот так мы выяснили, что физика - штука циничная. Ей абсолютно плевать на наши дедлайны, планы на пятницу и курсы валют. С точки зрения фундаментальной науки, всё человечество - это лишь мимолетная искра, вспыхнувшая в зазоре между Большим взрывом и финальным обнулением матрицы. Мы всего лишь мыслящий способ Вселенной познать саму себя.
Вот такой выпуск получился. Надеюсь, вам все понравилось и атмосфера была передана хорошо. Пост писал сам источником был ИИ и я. Если вам понравилось, буду рад лайку, а если не хотите пропускать следующие выпуски, можете подписатся. Также, если у вас есть возможность и желание меня поддержать, я собираю на книгу для более качественного контента, и вы легко можете поддержать копеечкой. Всем удачи и добра!
Всех приветствую, на повестке дня у нас 2 часть линейной алгебры. Сегодня мы разберем:
Детерминант и что это такое
Как найти его разными способами
Попрактикуемся над умножением матриц
БЛОК 0: ПОВТОРЕНИЕ И ПРАКТИКА
В первой части мы разобрали что такое матрица и их виды, а также все операции с ними. Сейчас мы потренируемся над одним из них - умножением.
Вспомним. Матрица может быть задействована в умножении, если количество ее столбцов равно числу строк второй матрицы. Для нашего примера возьмем матрицы 2×3 и 3×2:
Первую матрицу мы делим на строки, вторую на столбцы и вспоминаем второе правило - размерность конечной матрицы С должно быть равно строк 1 матрицы на столбцов второй. Получаем что конечная матрица у нас 2×2. Начинаем перемножать: вспоминаем что первый элемент равен перемножению верхней строки на 1 столбец матриц соотвественно. Давайте чтобы не писать по 100 раз договоримся, что первое действие или что либо я диктую для первой матрицы, и для второй после соответственно.
Итак получаем что элемент с11 равен:
Получаем ответ 16. с11=16 запомнили.
Второй элемент равен произведению верхней строки на второй столбец, значит с12 равен:
Получаем 5. с12=5. Запомнили
Элемент с21 получаем из перемножения нижней строки на первый столбец. Получаем
Получаем ответ 4. с21=4. Запомнили
Элемент с22 равен произведению нижней строки на второй столбец. Получаем
Ответ: 22. с22=22. Запомнили
Теперь просто, не торопясь собираем из 4 элементов матрицу С:
И вот так, мы получили результат перемножения матриц! А теперь попробуйте наоборот: перемножьте В на А, и посмотрите, что получится абсолютно другая матрица 3×3:
Штрих используется как просто обозначение и не несет за собой ничего кроме различия матриц.
И теперь когда мы потренировались с матрицами, перейдем в уроку теории.
БЛОК 1. ДЕТЕРМИНАНТ И ЧТО ЭТО?
Что такое детерминант?
Детерминант - Это число, которое показывает во сколько раз преобразуется любая фигура любой размерности, условно 3д, ее площадь, объем. По другому, это число которое показывает как изменится мир или пространство после работы матрицы. Детерминант называют по другому определитель матрицы.
Главное что знать о нем:
ОН СУЩЕСТВУЕТ ТОЛЬКО ДЛЯ КВАДРАТНЫХ МАТРИЦ
Обозначают его прямыми линиями вместо скобок у матрицы, треугольником перед ней, пишут det А. Я буду писать det A.
Свойства:
Если в матрице есть нулевые строка или столбец, det=0. То есть изменение мира не будет.
Если две строки или столбца равны друг другу, det=0.
Если две строки/столбца пропорциональны, det=0. Пропорциональны всмысле одна строка просто больше другой ровно в два раза, то есть они ничем не отличаются по факту.
Если к одной строке прибавить или отнять другую, перемножить на какое либо число, детерминант не изменится.
Если поменять местами две строки, что называют рокировкой, детерминант поменяет знак на противоположный.
Общий множитель строки можно вынести за знак det.
Для чего это нужно?
Проверить существование обратной матрицы
Решить систему уравнений
Найти обьем фигуры.
И теперь мы научимся находить его:
Для матрицы 2×2 есть быстрое решение крест-накрест:
А вот для матрицы 3+ порядка все посложней...
Возьмем матрицу:
1 способ: метод треугольников, или метод Саррюса.
Самый популярный геометрический способ для матриц третьего порядка. Мы мысленно строим треугольники и диагонали прямо на матрице.
С плюсом (+) перемножаются элементы на главной диагонали, а также элементы в вершинах двух треугольников, чьи основания параллельны этой диагонали.
С минусом (-) перемножаются элементы на побочной диагонали и элементы в вершинах треугольников, параллельных ей.
Вот наглядная схема
И вот мы помним нашу матрицу, и теперь разберем ее:
Способ 3. Разложение по строке или столбцу (Теорема Лапласа / Метод миноров)
Самый мощный и фундаментальный метод. Он хорош тем, что работает для матриц абсолютно любого размера хоть 5×5, хоть 10×10, раскладывая их на матрицы меньшего порядка.
Мы можем выбрать любую строку или любой столбец матрицы. Элементы этой строки умножаются на свои алгебраические дополнения (миноры с учетом шахматного знака). Выгодно выбирать строку, где есть нули, но в нашем примере нулей нет, поэтому разложим по первой строке (элементы 2, 3, 1).
Но сначала, что такое минор и алгебраические дополнения?
• Минором M_ij элемента a_ij определителя n-го порядка называется определитель n-1 -го порядка, полученный из исходного путем вычеркивания i-й строки и j-го столбца, на пересечении которых находится данный элемент.
• Алгебраическим дополнением A_ij элемента a_ij называется его минор, взятый со знаком -1^i+j, где i - номер строки, а j - номер столбца данного элемента:
A_ij=(-1)^i+j*M_ij
Знаки элементов при разложении чередуются в шахматном порядке:
Но есть вариант и с записью:
A_ij=(-1)^i+j*M_ij
Считаем наш пример:
1. Элемент 2 (стоит на позиции с знаком +). Вычеркиваем его строку и столбец, остается минор 2×2:
Получаем -26.
Элемент 3 (стоит на позиции со знаком -). Вычеркиваем его строку и столбец:
Получаем -21.
Элемент 1 (стоит на позиции со знаком +). Вычеркиваем его строку и столбец:
Получаем 9.
Складываем:
(-26) + (-21) + 9 = -38. И опять наш детерминант равен -38.
Мы разобрали все способы, кроме Гаусса. Гаусса мы разберем в следующем выпуске. Пока затронем ранг матрицы:
Ранг матрицы:
В линейной алгебре ранг матрицы (rank,rang,r, rk, rg A) - это, если говорить совсем просто, количество её истинных, независимых строк или столбцов. Он показывает, сколько в матрице содержится реальной, не дублирующей друг друга информации.
Как его найти:
• Ранг по строкам равен рангу по столбцам. Неважно, как ты считаешь - по горизонтали или по вертикали, число всегда будет одним и тем же rankA = rankA^T
• Ограничение по размеру. Ранг матрицы не может быть больше, чем её меньшая размерность. Если у тебя матрица размером 3×5, её ранг физически не может быть равен 4 или 5. Максимум - 3.
• Ранг нулевой матрицы всегда равен 0.
• Ранг не меняется от элементарных преобразований. Это главное свойство для вычислений. Ты можешь менять строки местами, умножать их на числа и прибавлять друг к другу - ранг останется прежним.
Ну, а как его находить мы разберем в следующих частях. Надеюсь, вам все понравилось и я буду рад лайку. У меня в профиле есть много чего интересного, и если вы хотите меня поддержать, я собираю на книгу по квантовой механике и буду рад вашей помощи. Спасибо что читаете, всем удачи и добра!
