Черные дыры – одни из самых загадочных объектов на просторах Вселенной. И хотя физики давно догадывались об их существовании, статус реальных космических обитателей черные дыры получили несколько лет назад. Открытие гравитационных волн в 2017 году и первый снимок черной дыры (2019 год) ознаменовали собой новую эру космических исследований – в самом ближайшем будущем мы узнаем много нового о Вселенной и существующих на ее просторах объектах.

Так, недавно в журнале Physical Review Letters вышла статья, авторы которой утверждают что эти космические монстры обладают уникальными и причудливыми квантовыми свойствами. Новое исследование имеет отношение к теории квантовой гравитации – одной из нерешенных загадок современной науки. В основе работы лежит компьютерное моделирование – с его помощью физики обнаружили что черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц. Удивительно, но исследователи полагают, что эти космические монстры могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими, мертвыми и живыми.

Все началось еще в конце XIX века, когда ученый из Франции, Анри Пуанкаре, изучал различные части систем, которые могут быть полностью проанализированы. Как обычно, звучит это не так сложно, но именно его труды легли в основу большой задачи и стали одной из загадок, которую ученые современности называют ”Задачами тысячелетия”. Думаю вы легко согласитесь, что если подождать достаточное количество времени, то планеты в небе выстроятся в нужную вам линию.

Так же будет и с частицами газа или жидкости, которые могут сколько угодно менять свое положение, но теоретически в один из моментов времени выстроятся относительно друг друга так, как они располагались в момент начала измерений. На словах все просто — рано или поздно это случится, иначе быть не может. Вот только на деле доказать это довольно сложно. Именно над этим и работал Анри Пуанкаре больше века назад. Позже его теории были доказаны, но от этого не стали менее интересными.

Теорий, гипотез, теорем и просто рассуждений очень много. Все их надо доказывать.

Что такое реальность? И кто может дать ответ на этот вопрос? В прошлом году ученые из Университета Хериота-Уатта в Шотландии проверили интересный эксперимент, результаты которого предполагают, что объективной реальности может не существовать. Несмотря на то, что когда-то эта идея была просто теорией, теперь исследователи смогли перенести ее в стены университетской лаборатории, а значит проверить.

Так как в квантовом мире измерения с разных позиций дают различные результаты, но при этом одинаково верны, проведенный эксперимент показал, что в мире квантовой физики два человека могут наблюдать одно и то же событие и разные результаты; при этом ни одно из этих двух событий не может быть воспринято как неправильное. Иными словами, если два человека видят две разные реальности, то договориться какая из них правильная они не смогут. Этот парадокс известен как «парадокс друга Вигнера» и теперь ученые экспериментально его доказали.

Ученые не оставляют попыток ответить на вопрос о том, что такое реальность.

Квантовая механика – это раздел теоретической физики, который описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, электронов, фотонов, конденсированных сред, а также других элементарных частиц.

Ну что ж, любители научной фантастики – пришло время разочарований. Помните рассказ Рэя Брэдбери «И грянул гром»? В нем охотник-любитель по имени Экельс отправляется на дорогостоящую охоту в мезозойскую эру, но на обратном пути случайно сходит с тропы и наступает на бабочку. Вернувшись в свое время, герой понимает, что смерть бабочки повлекла за собой череду никому не подконтрольных изменений. Рассказ Брэбери описывает так называемый «эффект бабочки» – теорию, согласно которой даже самые малейшие изменения способны вызвать хаос в будущем.

Считается, что взмах крыльев бабочки в Великобритании может послужить причиной торнадо в США. Безусловно, эффект бабочки» отлично «смотрится» в теориях о путешествиях во времени, однако результаты исследования, показали, что никаких доказательств эффекта бабочки в квантовой механике не существует.

Эффект бабочки обозначает свойства некоторых хаотичных систем

Термин «эффект бабочки» появился в 1972 году. Все началось с того, что профессор математики Массачусетского университета Эдвард Лоренц собирался выступить на конференции, но забыл отправить организатору тему лекции. В результате организатор мероприятия выбрал тему за Лоренца, которая звучала следующим образом – «предсказуемость: может ли взмах крыла бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?»

Ученые из Венского университета и Университета Либре де Брюсселя недавно доказали, что мир квантов еще более странный и менее интуитивный, чем мы думали.

Это сложно понять, но мы скоро это объясним.

За последние несколько лет некоторые материалы стали полигонами для физиков. Эти материалы не то чтобы сделаны из чего-то особенного — обычные частицы, протоны, нейтроны и электроны. Но они больше, чем просто сумма их частей. Эти материалы имеют целый набор любопытных свойств и явлений, а иногда даже приводили физиков к новым состояниям материи — помимо твердого, газообразного и жидкого, которые мы знаем с детства.

Демонстрация, которая перевернула идеи великого Исаака Ньютона о природе света, была невероятно простой. Ее «можно повторить с большой легкостью, где бы ни сияло солнце», говорил английский физик Томас Янг в ноябре 1803 года членам Королевского общества в Лондоне, описывая эксперимент, который сейчас называется экспериментом с двойной щелью.

И Янг не был восторженным юнцом. Он придумал элегантный и тщательно продуманный эксперимент, демонстрирующий волновую природу света, и тем самым опроверг теорию Ньютона о том, что свет состоит из корпускул, то есть частиц.

При обсуждении строения атома и вещества часто можно прочитать, что вещество на 99.99…% состоит из пустоты, с разными версиями количества девяток. Как мы сейчас увидим, это утверждение имеет весьма шаткие основания, а попытки оценить долю пустоты в веществе могут с одинаковым успехом дать любое число от 0 до 100%. Последовательное же рассмотрение вопроса в рамках квантовой механики показывает, что от пустоты вещество отличается довольно сильно.

В 1935 году, когда квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна были очень молоды, не шибко известный советский физик Матвей Бронштейн, будучи в возрасте 28 лет, сделал первое подробное исследование на тему согласования этих двух теорий в квантовой теории гравитации.

Эта, «возможно, теория всего мира в целом», как писал Бронштейн, могла бы вытеснить классическое эйнштейново описание гравитации, в котором она видится кривыми в пространственно-временном континууме, и переписать его квантовым языком, как и всю остальную физику.

Источник: Naked Science

Чтобы создать копию чего-либо, вам понадобится то, что вы хотите скопировать, материал, из которого вы создадите копию, ну и неплохо было бы знать сам процесс клонирования. Однако возможно ли вообще создать идеальную копию чего-либо на субатомном уровне? К сожалению, квантовая механика убивает мечты многих фантастов и ученых об идеальном клонировании. Давайте же разберемся, почему.

Редакция Naked Science подготовила перевод очередного выпуска передачи Minute Physics. Из нового видео вы узнаете о том, почему идеальное клонирование невозможно.

Источник: Naked Science

Знаете ли вы, что существует несколько различных интерпретаций квантовой теории? Физическую реализацию одного из таких толкований можно получить с помощью капель масла в домашних условиях.

«Я просто думаю, что в струнной теории произошло слишком много хороших вещей, чтобы она была совершенно неправильной. Люди не очень хорошо ее понимают, но я просто не верю в гигантский космический замысел, который создал эту невероятную вещь, и чтобы она не имела ничего общего с реальным миром»,
— сказал однажды Эдвард Уиттен.

Скачать

Может ли реальность быть иллюзией, которую создает наше сознание? Создает ли сознание материальный мир? Прежде чем ответить на этот вопрос, важно отметить, что «реальность» не просто состоит из крошечных физических кусочков. Молекулы состоят из атомов, атомы — из субатомных частиц вроде протона и электрона, которые на 99,99999 % представляют собой пустое место. Они, в свою очередь, состоят из кварков, которые, по всей видимости, являются частью поля суперструн, которые состоят из вибрирующих струн энергии.

Физики хотят найти единую теорию, которая описывает всю Вселенную, но для этого им придется решить сложнейшие проблемы в науке. Недавно вышедший фильм «Теория всего» рассказывает историю Стивена Хокинга, который стал всемирно известным физиком вопреки тому, что был прикован к инвалидной коляске с молодости. Фильм в основном про жизнь Хокинга и его отношения с женой, но все же находит немного времени, чтобы объяснить, на чем сделал карьеру Хокинг.

«Иди же, есть и другие миры кроме этих», — писал Стивен Кинг в «Темной башне». Одной из самых интересных тем для обсуждения является то, что наша реальность — наша Вселенная, как мы ее воспринимаем — может быть не единственной версией происходящего. Возможно, существуют другие Вселенные; возможно, и у них есть свои варианты, в которых происходят другие события и принимаются другие решения — своего рода мультивселенная.

Никто в этом мире не понимает, что такое квантовая механика. Это, пожалуй, самое главное, что нужно знать о ней. Конечно, многие физики научились использовать законы и даже предсказывать явления, основанные на квантовых вычислениях. Но до сих пор неясно, почему наблюдатель эксперимента определяет поведение системы и заставляет ее принять одно из двух состояний.

Благодаря работе небольшой группы неврологов и физиков-теоретиков за последние несколько лет, мы можем, наконец, найти способ анализа таинственного и метафизического царства сознания на научной основе. Последний прорыв в этой новой области озвучил Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института. Ученый утверждает, что сознание на самом деле представляет собой состояние материи.

За многие годы были разработаны десятки интерпретаций квантовой механики. Большинство из них пытаются разрешить, что происходит, когда в квантовой системе производится наблюдение или измерение. Математическая формула, известная как волновая функция (или вектор состояния), описывает состояние системы, в которой происходит измерение, и многочисленные возможности «коллапсируют» в один результат. Квантовая «интерпретация» пытается объяснить, почему происходит коллапс и происходит ли он вообще. Некоторые интерпретации начинают с вопроса, является ли волновая функция физически реальной или остается чем-то сугубо математическим.

Брайан Грин — автор мировых бестселлеров "Элегантная Вселенная" и "Ткань космоса" — представляет новую книгу, в которой рассматривается потрясающий вопрос: является ли наша Вселенная единственной? Было время, когда слово "вселенная" означало "все сущее". Абсолютно все. Однако сейчас мы не склонны так думать.

Современные исследования по физике и космологии наталкивают ученых на мысль, что наша Вселенная может быть далеко не единственной в просторах космоса. Идеи о множественности миров подпитываются разносторонними научными исследованиями как на микроуровне субатомных частиц, так и на гигантских масштабах манящего космоса.

Физики запутались в природе квантовой механики

Физики из Австрии и США опубликовали результаты опроса своих коллег по поводу того, как они понимают квантовую механику. Результаты оказались противоречивы — несмотря на то, что классическая копенгагенская интерпретация все еще чувствует себя довольно бодро, к ней постепенно подбирается теория квантовой информации. Гипотеза же многих миров сдает свои позиции.

В 1948 году Хендрик Казимир (Hendrik Casimir) предсказал интересный эффект, который вытекает из квантовой теории поля. Согласно ей, абсолютной пустоты – вакуума – не существует: в нем постоянно происходят энергетические флуктуации с образованием частиц и античастиц. Эти частицы возникают «как бы из ничего», и моментально исчезают снова, так что вполне оправданно именуются виртуальными частицами.

В числе этих частиц появляется и исчезает и немало фотонов, носителей электромагнитных взаимодействий. Эти виртуальные фотоны могут соответствовать практически всему спектру электромагнитных колебаний.

Увлекательнейшее путешествие по современной физике, которая как никогда ранее близка к пониманию того, как устроена Вселенная. Квантовый мир и теория относительности Эйнштейна, гипотеза Калуцы-Клейна и дополнительные измерения, теория суперструн и браны, Большой взрыв и мульти-вселенные - вот далеко не полный перечень обсуждаемых вопросов.

Используя ясные аналогии, автор переводит сложные идеи современной физики и математики на образы, понятные всем и каждому. Брайан Грин срывает завесу таинства с теории струн, чтобы представить миру 11-мерную Вселенную, в которой ткань пространства рвется и восстанавливается, а вся материя порождена вибрациями микроскопических струн.

Брайан Грин — один из ведущих физиков современности, автор «Элегантной Вселенной» — приглашает нас в очередное удивительное путешествие вглубь мироздания, которое поможет нам взглянуть в совершенно ином ракурсе на окружающую нас действительность.

В книге рассматриваются фундаментальные вопросы, касающиеся классической физики, квантовой механики и космологии. Что есть пространство? Почему время имеет направление? Возможно ли путешествие в прошлое? Какую роль играют симметрия и энтропия в эволюции космоса? Что скрывается за тёмной материей? Может ли Вселенная существовать без пространства и времени?