Мост Эйнштейна-Розена простыми словами. Квантовая запутанность и червоточины могут быть тесно связаны.
Мост Эйнштейна-Розена простыми словами. Квантовая запутанность и червоточины могут быть тесно связаны.
Когда Альберт Эйнштейн поражался "Жуткой" дальнодействующей связи между частицами, он не думал о своей общей теории относительности. Вековая теория Эйнштейна описывает, как возникает гравитация, когда массивные объекты деформируют ткань пространства и времени. Квантовая запутанность, тот жуткий источник эйнштейновского испуга, как правило, затрагивает крошечные частицы, которые незначительно действуют на гравитацию
. Пылинка деформирует матрас ровно так же, как субатомная частица искривляет пространство.
Тем не менее физик - теоретик Марк ван раамсдонк подозревает, что запутанность и пространство - время на самом деле связаны между собой. В 2009 году он рассчитал, что пространство без запутанности не смогло бы удержать себя. Он написал работу, из которой вытекало, что квантовая запутанность является иглой, которая сшивает воедино гобелен космического пространства - времени.
Многие журналы отказались публиковать его работу. Но спустя годы изначального скептицизма изучение идеи того, что запутанность формирует пространство - время, стало одной из самых горячих тенденций в области физики. "Выходя из Глубоких Основ Физики, все Указывает на то, что Пространство Должно Быть Связано с Запутанностью", - говорит Джон прескилл, физик - теоретик из калтеха.
В 2012 году появилась еще одна провокационная работа, представляющая парадокс запутанных частиц внутри и снаружи черной дыры. Менее чем через год два эксперта в этой области предложили радикальное решение: запутанные частицы соединяются червоточинами - туннелями пространства - времени, представленными еще Эйнштейном, которые в настоящее время одинаково часто появляются на страницах журналов по физике и в научной фантастике. В том случае, если это допущение верно, запутанность не является жутким дальнодействующим соединением, о котором думал Эйнштейн - а вполне реальным мостом, связывающим удаленные точки в пространстве.
Многие ученые эти идеи достойными внимания находят. Ученые, которые когда-то были сосредоточены на создании безошибочных квантовых компьютеров, сегодня размышляют, не является ли сама вселенная квантовым компьютером, который тихо программирует пространство - время в сложной сети запутанностей. "Все Прогрессирует Невероятным Образом", - говорит ван раамсдонк из университета британской Колумбии в Ванкувере.
Физики возлагают большие надежды на то, куда их заведет это соединение пространства - времени с запутанностью. Ото блестяще описывает, как работает пространство - время; новые исследования могут приоткрыть завесу над тем, откуда берется пространство - время и на что оно похоже на мельчайших масштабах, лежащих во власти квантовой механики. Запутанность может быть секретным ингредиентом, который объединит эти пока что несовместимые области в теорию квантовой гравитации, позволив ученым понять условия внутри черной дыры и состояние вселенной в первые моменты после большого взрыва.
Голограммы и банки с супом.
Прозрение ван раамсдонка в 2009 году не материализовалось из воздуха. Оно уходит корнями в голографический принцип, идею того, что граница, ограничивающая объем пространства, может содержать всю информацию, в нем заключенную. В случае если применить голографический принцип к повседневной жизни, то любопытный сотрудник может идеально реконструировать все, что находится в офисе, - кипы бумаг, семейные фотографии, игрушки в углу и даже файлы на жестком диске компьютера - просто глядя на внешние стены квадратного офиса. Эта идея противоречива, учитывая то, что стены имеют два измерения, а интерьер офиса три. Но в 1997 году Хуан малдасена, струнный теоретик тогда из гарварда, привел интригующий пример того, что голографический принцип мог бы раскрыть о вселенной.
Он начал с анти - де - ситтеровского пространства, которое напоминает пространство - время, в котором преобладает гравитации, но обладает рядом странных атрибутов. Оно изогнуто таким образом, что вспышка света, излученного в определенном месте, в конечном счете вернется оттуда, где появилась. И хотя вселенная расширяется, анти - де - ситтеровское пространство не растягивается и не сжимается. Из-за таких особенностей кусок анти - де - ситтеровского пространства с четырьмя измерениями (тремя пространственными и одним временным) может быть окружен трехмерной границей.
Малдасена обращался к цилиндру анти - де - ситтеровского пространства - времени. Каждый горизонтальный срез цилиндра представляет состояние его пространства в данный момент, тогда как вертикальное измерение цилиндра представляет время. Малдасена окружил свой цилиндр границей для голограммы; если бы анти - де - ситтеровское пространство было банкой супа, то граница была бы этикеткой
На первый взгляд кажется, что эта граница (этикетка) не имеет ничего общего с наполнением цилиндра. Пограничная "Этикетка", к примеру, соблюдает правила квантовой механики, а не гравитации. И все же гравитация пространство внутри содержимого "Супа описывает". Малдасена показал, что этикетка и суп были одним и тем же; квантовые взаимодействия на границе отлично описывают анти - де - ситтеровское пространство, которое закрывает эта граница. "Две Этих Теории Кажутся Совершенно Разными, но Точно Описывают Одно и то же", - говорит прескилл.
Малдасена добавил запутанность в голографическое уравнение в 2001 году. Он представил пространство в двух банках с супом, каждая из которых содержит черную дыру. Затем создал эквивалент самодельного телефона из стаканчиков, соединяющего черные дыры с помощью червоточины - туннеля через пространство - время, впервые предложенного Эйнштейном и Натаном Розеном в 1935 году. Малдасена искал способ создать эквивалент такой связи пространства - времени на этикетках банок. Хитрость, как он понял, была в запутанности.
Как и червоточина, квантовая запутанность связывает объекты, которые не имеют очевидных отношений. Квантовый мир - расплывчатое место: электрон может вращаться в обе стороны одновременно, будучи в состоянии суперпозиции, пока измерения не предоставят точный ответ. Но если два электрона запутаны, измерение спина одного позволяет экспериментатору узнать спин другого электрона - даже если партнерский электрон находится в состоянии суперпозиции. Эта квантовая связь остается даже если электроны будут разделять метры, километры или световые годы.
Малдасена показал, что с помощью запутывания частиц на одной этикетке с частицами на другой можно идеально квантово - механически описать соединение червоточиной банок. В контексте голографического принципа, запутанность эквивалентна физическому связыванию кусков пространства - времени вместе.
Вдохновленный этой связью запутанности с пространством - временем, ван раамсдонк задался вопросом, насколько большую роль запутанность может играть в формировании пространства - времени. Он представил самую чистую этикетку на банке с квантовым супом: белую, соответствующую пустому диску анти - де - ситтеровского пространства. Но он знал, что, согласно основам квантовой механики, пустое пространство никогда не будет полностью пустым. Оно заполнено парами частиц, которые всплывают и исчезают. И этим мимолетные частицы запутаны.
Поэтому ван раамсдонк нарисовал воображаемую биссектрису на голографической этикетке и затем математически разорвал квантовую запутанность между частицами на одной половине этикетке и частицами на другой. Он обнаружил, что соответствующий диск анти - де - ситтеровского пространства начал делиться пополам. Будто бы запутанные частицы были крючками, которые удерживают полотно пространства и времени на месте; без них пространство - времени разлетается на части. По мере того, как ван раамсдонк понижал степень запутанности, часть подключенного к разделенным регионам пространства становилась тоньше, подобно резиновой нити, тянущейся от жвачки. "Это Навело Меня на Мысль, что Присутствие Пространства Начинается с Присутствия Запутанности".
Это было смелое заявление, и потребовалось время, чтобы работа ван раамсдонка, опубликованная в General Relativity and Gravitation в 2010 году, привлекла серьезное внимание. Огонь интереса всполыхнул уже в 2012 году, когда четверо физиков из калифорнийского университета в Санта - Барбаре написали работу, бросающую вызов общепринятым убеждениям о горизонте событий, точки невозврата черной дыры.
Истина, скрытая файрволом.
В 1970-х годах физик - теоретик Стивен хокинг показал, что пары запутанных частиц - тех же видов, которые ван раамсдонк позже анализировал в своей квантовой границе - могут распадаться на горизонте событий. Одна падает в черную дыру, а другая убегает вместе с так называемым излучением хокинга. Этот процесс постепенно подтачивает массу черной дыры, в конечном итоге приводя к ее гибели. Но если черные дыры исчезают, вместе с ней должна исчезать и запись всего, что падало внутрь. Квантовая теория же утверждает, что информация не может быть уничтожена.
К 90-м годам несколько физиков - теоретиков, включая Леонарда сасскинда из стэнфорда, предложили решение этой проблемы. Да, сказали они, материя и энергия падает в черную дыру. Но с точки зрения внешнего наблюдателя, этот материал никогда не преодолевает горизонт событий; он словно балансирует на его грани. В результате горизонт событий становится голографической границей, содержащей всю информацию о пространстве внутри черной дыры. В конце концов, когда черная дыра испаряется, эта информация утекает в виде излучения хокинга. В принципе, наблюдатель может собрать это излучение и восстановить всю информацию о недрах черной дыры.
Мост Эйнштейна-Розена Не просыпаться. Мост Эйнштейна-Розена
Мост Эйнштейна-Розена
Релятивистское описание черных дыр фигурирует в работе Карла Шварцшильда. В 1916 г., всего через несколько месяцев после того, как Эйнштейн записал свои знаменитые уравнения, Шварцшильд сумел найти для них точное решение и вычислить гравитационное поле массивной стационарной: звезды.
Решение Шварцшильда имело несколько интересных особенностей. Во-первых, вокруг черной дыры находится «точка невозврата». Любой объект, приблизившийся на расстояние, меньшее, чем этот радиус, неизбежно затянет в черную дыру, спастись ему не удастся. Человек, которому не посчастливится оказаться в пределах радиуса Шварцшильда, будет захвачен черной дырой и раздавлен насмерть. В настоящее время это расстояние от черной дыры называется радиусом Шварцшильда, или горизонтом событий (самой удаленной видимой точкой).
Во-вторых, каждый, кто окажется в пределах радиуса Шварцшильда, обнаружит «зеркальную вселенную» по «другую сторону» пространства-времени (рис. 10.2). Эйнштейна не беспокоило существование этой причудливой зеркальной Вселенной, потому что сообщение с ней было невозможным. Любой космический зонд, отправленный в центр черной дыры, столкнется с бесконечной искривленностью; иначе говоря, гравитационное поле окажется бесконечным, а любой материальный объект будет уничтожен. Электроны оторвутся от атомов, и даже протоны и нейтроны в ядре разнесет в разные стороны. Кроме того, чтобы проникнуть в другую вселенную, зонду понадобится лететь со скоростью, превышающей скорость света, а это невозможно. Таким образом, хотя зеркальная Вселенная математически необходима для понимания решения Шварцшильда, наблюдать ее физически не удастся никогда.
Рис. 10.2. Мост Эйнштейна-Розена соединяет две разных вселенных. Эйнштейн считал, что любая ракета, очутившаяся на этом мосту, будет уничтожена, значит, сообщение между этими двумя вселенными невозможно. Но более поздние вычисления показали, что путешествия помосту хоть и чрезвычайно трудны, но все-таки возможны.
В итоге известный мост Эйнштейна-Розена, соединяющий две вселенных (мост назван в честь Эйнштейна и его соавтора Натана Розена), считается математической причудой. Этот мост необходим для получения математически последовательной теории черных дыр, однако по мосту Эйнштейна-Розена попасть в зеркальную вселенную невозможно. Мосты Эйнштейна-Розена вскоре обнаружились и в других решениях гравитационных уравнений, таких, как решение Райснера-Нордстрёма для черной дыры с электрическим зарядом… Тем не менее мост Эйнштейна-Розена оставался любопытным, но забытым приложением к теории относительности.
Ситуация начала меняться с появлением труда новозеландского математика Роя Керра, который в 1963 г. нашел еще одно точное решение уравнений Эйнштейна. Керр полагал, что любая коллапсирующая звезда вращается. Как вращающийся фигурист, скорость которого возрастает, когда он прижимает к себе руки, звезда неизбежно будет вращаться быстрее по мере схлопывания. Таким образом, стационарное решение Шварцшильда для черных дыр не было самым физически релевантным решением уравнений Эйнштейна.
Предложенное Керром решение стало сенсацией в вопросах относительности. Астрофизик Субраманьян Чандрасекар однажды сказал:
Самым ошеломляющим событием за всю мою научную жизнь, т. е. более чем за сорок пять лет, стало осознание, что точное решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна, открытое новозеландским математиком Роем Керром, дает абсолютно точное отображение бессчетного множества массивных черных дыр, наполняющих вселенную. Этот «трепет перед прекрасным», этот невероятный факт, что открытие, к которому привел поиск красоты в математике, обнаружило ее точную копию в Природе, убеждают меня, что красота — то, на что человеческий разум отзывается на самом глубинном, содержательном уровне.
Однако Керр обнаружил, что массивная вращающаяся звезда не сжимается в точку. Вместо этого вращающаяся звезда сплющивается, пока в конце концов не превращается в кольцо, обладающее примечательными свойствами. Если запустить зонд в черную дыру сбоку, он ударится об это кольцо и будет полностью уничтожен. Искривленность пространства-времени остается бесконечной, если приближаться к кольцу сбоку. Если можно так выразиться, центр все так же окружен «кольцом смерти». Но, если запустить космический зонд в кольцо сверху или снизу, ему придется иметь дело с большой, но конечной искривленностью; иначе говоря, гравитационная сила не будет бесконечной.
Этот весьма неожиданный вывод из решения Керра означает, что любой космический зонд, запущенный во вращающуюся черную дыру вдоль оси ее вращения, может в принципе пережить огромное, но конечное воздействие гравитационных полей в центре и проделать весь путь до зеркальной Вселенной, избежав гибели под воздействием бесконечной искривленности. Мост Эйнштейна-Розена действует как туннель, соединяющий две области пространства-времени; это и есть «червоточина», или «кротовина». Таким образом, черная дыра Керра — ворота в другую вселенную.
А теперь представим, что наша ракета очутилась на мосту Эйнштейна-Розена. Приближаясь к вращающейся черной дыре, она видит кольцеобразную вращающуюся звезду. Поначалу кажется, что ракету, спускающуюся навстречу черной дыре со стороны северного полюса, ждет катастрофическое столкновение. Но по мере приближения к кольцу свет зеркальной Вселенной достигает наших датчиков. Поскольку все электромагнитное излучение, в том числе и от радаров, движется по орбите черной дыры, на экранах наших радаров появляются сигналы, многократно проходящие вокруг черной дыры. Создается эффект, напоминающий зеркальную «комнату смеха», где нас вводят в заблуждение многочисленные отражения со всех сторон. Свет отражается рикошетом от множества зеркал, создавая иллюзию, будто комната полна наших точных копий.
Тот же самый эффект наблюдается при прохождении сквозь черную дыру согласно Керру. Поскольку один и тот же луч света обходит черную дыру по орбите множество раз, радар в нашей ракете обнаруживает изображения, вращающиеся вокруг черной дыры и создающие иллюзию объектов, которых на самом деле там нет.
Мост Эйнштейна-Розена стихи. Я пытаюсь написать верлибр
каждое классическое написание стиха похоже на переезд
из одной съемной квартиры в другую
тело свое перетаскиваешь, хлам в коробках, старые вещи —
ощущения законсервированные как препараты в мед. академии
рифмы давно избитые как колени ребенка
только затянется ссадина коркой ее свозит с удвоенной силой
образы — потомственные бедуины, кочуют по словесной пустыне изученными дорогами
изредка делая перестановки внутри каравана, пытаясь вдохнуть что-то новое
потому что рано или поздно упираешься в то что всё ограниченно
всё действительно ограниченно и люди друг на друга похожи больше чем кажется
рано или поздно ты встретишь, обязательно встретишь того кто уместит
всё твоё горе в одно единственное произведение
а твои опусы - будто балласт многотонный, будет тянуть ко дну и казаться бессмысленным
это так хорошо, что когда стареешь становится безразлично
как Лебовски, которого бьют ****ом о раковину , — где стихи про любовь хотя бы, юноша?
а я собирая остатки гордости отправляю их за член подержаться
ну вот опять рифмы выползли, а я давил эти рифмы как Шариков кошек
а любовные темы давно похожи на старые дырявые тряпки для мытья полов
здравый смысл говорит мне, что я идиот, и если так дальше пойдет
то я ничего не добьюсь и писать надо рифмуя по типу "нежность" — "промежность"
и желательно кратко, и не строить мною любимые огромные пизанские башни
и что я никто, если ни разу не упоминал в стихотворениях о Герде с Каем
и вообще, псевдоним у меня какой-то неправильный
а я им всем отвечаю, почти срываясь на вой
что не подхожу по возрастной категории под это дерьмо
и что дети из сказки крайне плохо закончили
потому что у бедняков в то время не было выбора изначально
одна выросла и пошла в проституцию или в лучшем случае прачкой
другой стал простым наемным рабочим, бьющим жену и детей
после еды вытирающим руки о вонючую одежду на обвисшем пузе
спускающим последние крохи на дешевое поило в кабаке
и меня ужасно бесят, меня действительно бесят
бесконечные пледы, чаи, свитера, письма в конвертах, простуженные голоса
и прочий утрамбованный перегной в однотипных болезненных высерах
гордо именующихся поэзией от чувственных авторов
что порождают естественно непреодалимое желание выслеживать оных,
как Андрей Чикатило, и пускать на свиную вырезку
мой внутренний Маяковский грозит кулаком мирозданию, бородатому богу
что же ты, отче!
наказание сущее
зубами впиться
в яремную вену
на землю хлещут
слова утробные
зверем вмерзшим быть
в лед
простоты и обыденности
у меня со спины слезает кожа
вот он я — на съедение падальщикам
маслы измусолены
слюнявыми пастями
пойдешь по миру после — не в гробу открытом
а по рукам
как проститутка дешевая
так что же сам то ты, отче?
имя твоё что монетка
попавшая в сточные воды, упоминаемо всуе
и несется с грязным потоком
человечьего рода
я устал, я действительно очень устал обходить капканы
зажимая руками рот вырезать кочевой народ безжалостно
а всё чего ради? можно подумать, что я с заговорщицким видом как повар из общепита
подсовываю мясные верлибры в веганские салатики из банальных стишат
и смотреть как жрут мой нутряк, нахваливая мастерство
пока в горле не встанет ребром моя дикая животная скорбь
и они поймут, что это совсем не вкусовая добавка из сои
а уродливая реальность, и мне остается смотреть как посетители с воплем сбегают
и я получаю своё право хранить молчание, но мне страшно не меньше их
но на самом деле все проще, всё действительно проще
я вообще никогда не писал стихов и поэзию чуть меньше чем ненавижу
потому что это такой ограниченный жанр искусства, смотри, я повторяюсь, видишь?
но отними у меня бумагу и ручку и я точно сойду с ума
от неспособности выражать свои чувства.