Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Прорывной эксперимент показал, что время "Возникает" в результате спутывания квантовых частиц.

25.06.2016 в 05:28

Физики заявляют: время - это возникающий феномен, побочный эффект квантового спутывания частиц. И теперь у них впервые в мире появились экспериментальные результаты, которые это подтверждают.

В 1983 году физики - теоретики Дон Пейдж и Уильям вутерс предложили новаторскую теорию, основанную на феномене квантового спутывания. Это экзотическое свойство позволяет двум квантовым частицам иметь общее существование, даже если они физически разделены.


Квантовое спутывание - это глубинная и мощная связь, и Пейдж и вутерс продемонстрировали, что её можно использовать для измерения времени. Их идея заключалась в том, что способ, которым пара спутанных частиц эволюционирует, представляет собой некоторый вид часов, которые можно использовать для измерения времени.

Но получаемые в их концепции результаты зависели от того, как проводилось наблюдение. Одним из способов является сравнение изменений в спутанных частицах с помощью внешних часов, которые полностью независимы от вселенной. Это эквивалент богоподобного наблюдателя за пределами нашей вселенной, измеряющего эволюцию частиц с помощью внешних часов.

В данном случае Пейдж и вутерс показали, что частицы будут полностью неизменными - время в таком сценарии не будет существовать.

Но есть и другой способ, который даёт иной результат. В нём наблюдатель является внутренним и сравнивает эволюцию частиц с помощью остальной вселенной. В таком случае внутренний наблюдатель будет видеть изменение, и эта разница в эволюции частиц в сравнении со всем остальным будет важной мерой времени.

Это изящная и мощная концепция. Она предполагает, что время - это возникающий феномен, который появляется в реальности благодаря природе квантового спутывания. И оно только для наблюдателей внутри нашей вселенной существует. Любой богоподобный наблюдатель за её пределами будет видеть статичную неизменяющуюся вселенную, как прежде предсказывало более раннее квантовое уравнение уилера - девитта.

Разумеется, без экспериментального подтверждения идеи Пейджа и вутерса не более чем философский курьёз. А поскольку у нас нет никакой возможности получить наблюдателя за пределами нашей вселенной - то, по-видимому, у нас нет и никаких шансов когда-либо подтвердить эту теорию.

По крайней мере, так было до сегодняшнего дня. Несколько дней назад Екатерина морева из Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica в Турине, Италия, и несколько её коллег сумели впервые экспериментально проверить идеи Пейджа и вутерса. И они продемонстрировали, что время действительно является возникающим феноменом для внутренних наблюдателей, но его не существует для наблюдателей внешних.

Этот эксперимент включает в себя создание игрушечной вселенной, состоящей из пары спутанных фотонов и наблюдателя, который может измерять их состояние одним из двух способов. В первом наблюдатель измеряет эволюцию системы, спутывая себя с ней. Во втором богоподобный наблюдатель измеряет эволюцию в сравнении с внешними часами, которые полностью независимы от игрушечной вселенной.

Сам эксперимент прямолинеен достаточно. Каждый из спутанных фотонов имеет поляризацию, которая может быть изменена прохождением через двулучепреломляющую пластинку. В первом случае наблюдатель измеряет поляризацию одного фотона, таким образом, спутываясь с ним. Затем он результат с поляризацией второго фотона сравнивает. Полученная им разница и будет мерой времени.

Во втором случае оба фотона также проходят через двулучепреломляющие пластинки, которые изменяют их поляризацию. Однако в этом случае наблюдатель измеряет только глобальные свойства обоих фотонов, сравнивая их с независимыми часами.

В этом случае наблюдатель не может заметить какой-либо разницы между фотонами, не приходя в состоянии спутанности с одним из них. А если нет никакой разницы, система предстаёт перед ним статичной. Другими словами - время в ней не возникает.

"Хотя она и Невероятно Проста, Наша Модель Объединяет два Противоречащих Друг Другу, как Казалось Прежде, Свойства Механизма Пейджа - Вутерса", говорит морева.

Это весьма впечатляющий эксперимент. Появление чего-либо популярной концепцией в науке является. В частности, недавно физики заинтересовались идеей, что гравитация также является таким возникающим феноменом. А отсюда до идеи о сходном механизме возникновения времени оставался всего один шаг.

Чего не хватает возникающей гравитации - это, разумеется, экспериментальной демонстрации, которая показывала бы, как это работает на практике. Именно поэтому работа моревы имеет такое важное значение - она впервые в мире помещает абстрактную и экзотическую идею на устойчивое экспериментальное основание.

А возможно самым важным результатом этой работы является то, что ей впервые удалось продемонстрировать, что квантовая механика и общая теория относительности не так уж несовместимы.

Следующим шагом станет дальнейшее развитие идеи, в частности - на макроскопическом уровне. Одно дело показать, как время возникает в фотонах, и другое - понять, как оно возникает для людей. И это будет непростой работой.