Квантовая пустота что это

Буддизм и квантовая физика

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

«Все пустотно», «все состоит из пустоты», «всё иллюзия» – часто можно слышать подобные фразы от последователей буддизма. Что же на самом деле имеется в виду под этими фразами, и как на это смотрит современная наука, а именно квантовая физика?

Философия – весьма опасная вещь в руках склонных к фанатизму людей. Прочитав что-либо в книжке и свято поверив в это, люди, порой, даже не ищут никаких подтверждений тому, что они прочитали, и всю жизнь могут жить в плену кем-то навязанных концепций. Здравомыслие же заключается в том, что истиной является лишь то, что проверено на личном опыте, либо подтверждается элементарной логикой. Всё остальное – это догмы, которые чаще ограничивают людей.

Есть одна притча о том, как к мастеру Бокудзю пришёл один философ-фанатик, свято поверивший в то, что он прочитал. Желая показать своё превосходство, философ стал предаваться абстрактным рассуждениям о том, что, дескать, всё пустотно, пустота – суть всех вещей и явлений, и так далее. Мастер Бокудзю долго слушал философа, а затем вскочил и со всего размаха ударил его палкой по голове. Ошарашенный философ закричал, стал возмущаться и потребовал объяснений. На что мастер задал резонный вопрос: «Если всё пустотно, то почему палка причиняет боль и откуда взялся твой гнев?» Философ растерялся, а затем сказал: «Этого в сутрах не написано». Эта притча – яркий пример того, как люди склонны слепо верить тому, что написано в книгах. Мы ж попробуем с точки зрения науки разобраться, почему буддизм утверждает, что всё пустотно и всё является иллюзией.

Рассмотрим эти и другие вопросы и постараемся найти взаимосвязь между буддизмом и квантовой физикой.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Эйнштейн и Будда

Существует мнение, что Эйнштейн довольно уважительно относился к буддизму. Ему даже приписывают слова о том, что буддизм – это «религия, которая удовлетворяет современным научным потребностям». До сих пор является спорным тот момент, произносил ли Эйнштейн эти слова. Единственное косвенное подтверждение этому – свидетельство секретарши Эйнштейна, Элен Дюкас, но и она достоверно не подтверждает, что именно Эйнштейн произнёс эти слова.

С другой стороны, можно видеть множество параллелей между высказываниями Будды и Эйнштейна. Вот, к примеру, слова Эйнштейна: «В соответствии с идеей общей относительности, концепции о пространстве, лишенном какого-либо физического содержания, не существует». Примерно то же самое говорил и Будда: «Если бы было только пространство, а звезд и планет не было, пространство лишилось бы всякого смысла». Или вот ещё две похожих идеи.

Эйнштейн: «Снова и снова страсть к пониманию приводит нас к иллюзии, что человек способен постичь объективный мир рационально, в чистом мышлении, без каких-либо эмпирических оснований, — иначе говоря, метафизически», Будда: «Привязанность к именам и формам, а также непонимание того факта, что они основаны лишь на деятельности самого ума, ведет к запутанности и становится препятствием на пути к освобождению». И наконец, самое интересное – Будда утверждал, что всё состоит из пустоты, а вот прямая цитата Эйнштейна: «Всё состоит из пустоты, а форма – сгущенная пустота». Параллели между физикой и буддизмом, исходя из данных цитат, просто очевидны.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Квантовая физика и пустота

С точки зрения квантовой физики, всё более чем на 99% состоит из пустоты. То есть квантовая физика изучает процессы, которые обладают нематериальной природой. Так как с точки зрения квантовой физики материи вообще не существует. И тут наука сталкивается с удивительной загадкой Вселенной – есть человек, который чуть менее чем полностью состоит из пустоты, и перед ним есть стена, которая также состоит преимущественно из пустоты. Но ходить сквозь стену люди умеют только в сказках и фантастических фильмах.

Как утверждает квантовая физика, атом (из которых состоит всё в нашем мире) более чем на 99% состоит из пустоты. И возникает вопрос: «Почему же объекты кажутся нам твёрдыми? И почему же всё-таки мы не можем ходить сквозь стены?» Секрет прост: атомы не просто «висят» в пространстве, они взаимодействуют друг с другом по принципу притяжения/отталкивания. И именно благодаря этим процессам материальные объекты обладают иллюзией твердого вещества и не рассыпаются. То есть если мы попытаемся пройти сквозь стену, то не сможем этого сделать потому, что атомы стены и атомы нашего тела будут отталкивать друг друга.

И напротив, если мы захотим «разорвать» некий материальный объект, сделать этого не сможем, поскольку атомы внутри объекта притягивают друг друга. Впрочем, если с куском металла этот фокус не получится, то кусок бумаги человек разорвать может, преодолев притяжение между атомами. Но и с железом всё не так однозначно. При высокой температуре притяжение между атомами ослабляется и, казалось бы, твердый материал обретает жидкую структуру. Таким образом, всё взаимодействие материальных объектов обусловлено лишь процессами притяжения и отталкивания между частицами, находящимися в пустоте.

Именно этим и объясняются различные сверхспособности, такие, как, например, хождение по воде. Теоретически, атомы воды могут отталкивать стопы человека так же, как это делает земля. Но силы взаимодействия атомов недостаточно, чтобы выдержать силу воздействия атомов человеческого тела. И скорее всего подобные чудеса возможны благодаря изменению свойств атомов (либо воды, либо собственного тела) за счёт силы мысли. О том, как мы мыслями меняем реальность, поговорим дальше.

Квантовая физика утверждает, что расстояние между частицами внутри любого материального объекта примерно пропорционально сопоставимо с расстоянием между звёздами. Проще говоря, если размер частицы увеличить до размера звезды, то расстояние между ними как раз и будет равно расстоянию между звёздами. Поэтому утверждение о том, что всё пустотно подтверждается и научно.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Квантовая физика и иллюзия реальности

По словам Геннадия Дульнева, академика РАЕН: «Движение элементарных частиц зависит от наблюдателя», и это снова перекликается с идеями буддизма о том, что реальность зависит от состояния нашего ума.

Именно поэтому буддизм и утверждает, что всё происходящее является сном – по той причине, что существует полная взаимосвязь между наблюдателем и наблюдаемым. К примеру, вам снится сон и во время сна (если вы не пребываете в осознанном сновидении), вы думаете, что переживаете некие реальные события, но когда просыпаетесь, понимаете, что вы и происходившая во сне реальность были одним целым. И эта же идея применима и к той реальности, в которой мы привыкли жить. И с этой точки зрения, нет разницы между сновидением и реальностью. Всё является сном, потому что ничего другого просто и не бывает.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Немецкий учёный Вернер Гейзенберг говорил: «То, что мы наблюдаем – это не сама природа, а природа, которая выступает в том виде, в каком она представляется нам, благодаря нашему способу постановки вопросов».

Подтверждение тому, что наблюдатель является не столько наблюдателем, сколько участником, влияя на процесс самим фактом своего наблюдения, можно найти в эксперименте, посвящённому изучению природы света. Учёные решили изучить поведение света в различных ситуациях и пропустили частицы через две щели, фиксируя при этом место их падения. Физики были поражены – частицы вели себя, как волны. Но самое интересное было не в этом. Эксперимент привёл к ещё более неожиданным результатам: если за частицами не наблюдали, варианты поведения частиц накладывались друг на друга, а если наблюдали – они ложились на фиксирующую поверхность в соответствии с конечными вероятностями.

Говоря простым языком, в отсутствие наблюдателя частицы проходили через обе щели одновременно, а когда за ними наблюдали, они проходили через щель с ожидаемой траекторией и ударялись в спрогнозированное учёными место.

Этот удивительный эксперимент подтверждает, что всё происходящее если и не порождается нашим умом, то, по крайней мере, находится под его колоссальным влиянием. Так, пока мы не наблюдаем за явлением, оно как бы обладает нематериальной природой, присутствуя лишь в виде «веера вариантов», но как только появляется наблюдатель, реальность «кристаллизуется» – начинает обретать чёткий сценарий.

Будда утверждал, что всё происходящее является сновидением, и лишь «пробудившийся», то есть ставший Буддой, видит реальность такой, какая она есть, то есть, как мы можем понять из эксперимента, описанного выше – он видит полное отсутствие, какой бы то ни было статичной реальности. Об этом говорил и Макс Планк – отец квантовой физики, утверждая, что объект существует лишь благодаря силе «сознательного разума, являющегося матрицей всякой материи».

Отдельно можно привести пример с водой. Многие научные исследования подтверждают, что различные словесные формулы и звуки меняют структуру воды. В зависимости от звукового воздействия молекулы воды объединяются в конгломераты частиц. Заморозка воды после того или иного воздействия показывает, что, к примеру, мантры или молитвы создают красивые узоры геометрических фигур, а вот матерная брань – выстраивает молекулы воды в уродливые рисунки.

Исходя из всего этого, утверждения о том, что всё происходящее является иллюзией и сновидением не кажутся такими бредовыми. Своими мыслями мы и вправду способны менять реальность. Быть может и в самом деле мы не имеем ни малейшего представления о том, как устроен наш мир? И одним из главных аргументов, заставляющих задуматься, является тот факт, что в этом вопросе такие йогины, как Будда Шакьямуни и великие учёные, такие как Эйнштейн и Макс Планк полностью солидарны, при том, что пришли к познанию реальности немного разными методами. Это как две дороги, ведущие по разным склонам к вершине одной горы. И на этой вершине открывается полная реальная картина мироустройства. И чтобы по-новому взглянуть на реальность, иногда надо поставить под сомнение всё, что знал до этого.

Источник

Разбираем популярный миф: «Вещество на 99% состоит из пустоты»

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Что не так с 99%?

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Если атом растянуть до размеров футбольного поля, то ядро будет величиной с маковое зернышко.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Что говорит квантовая механика?

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Типичное поведение электронной плотности в атоме для разных электронных орбиталей. Источник.

Отсюда берется характерный размер атома в один ангстрем, использованный выше при сравнении размеров атома и ядра. Какой же количественный ответ на вопрос о доле пустоты в веществе может дать нам квантовая механика? Для этого нужно оценить суммарный объем, занимаемый электронными орбиталями всех атомов. А для этого, в свою очередь, следует провести четкую границу между атомом и окружающей его пустотой. Но как это сделать? Формально электронная плотность Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это, хоть и стремится к нулю при удалении от ядра, никогда в ноль не обращается, поэтому каждая атомная орбиталь заполняет если не всю Вселенную, то, как минимум, весь объем рассматриваемого куска вещества. В этом случае получается, что пустоты в веществе нет — в любой точке есть отличная от нуля вероятность найти электрон.

Можно определить границу атома как место, где электронная плотность достигает 1/2 от максимальной. Или 1/15 — такая граница будет отстоять дальше от ядра. Или как поверхность, внутри которой содержится 1/2 всей суммарной электронной плотности. Можно ухватить и больше объема, проведя поверхность, внутрь которой попадает, например, 9/10 всей плотности.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Плотность электронного облака для орбитали Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что этов атоме водорода (показана белым цветом) и разные варианты проведения условной границы атома.

Как видим, по-разному проводя условные границы атомов, можно получать разные величины занимаемого ими объема. Поэтому и для доли пустоты в веществе можно получить любой ответ от 0 до 100%. Например, в этом видео доля пустоты оценивается как 90%. Почему именно 90, а не 80 или 95? Видимо, автор взял какой-то «стандартный» размер атома в районе одного ангстрема.

Хотя для точного определения границ атома поверхности равной электронной плотности и не годятся, они удобны, когда нужно наглядно изобразить структуру вещества на микроуровне. По форме этих поверхностей можно судить о структуре молекулярных орбиталей и химических связей.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Пример поверхности (она зеленая и полупрозрачная), на которой электронная плотность в кристалле принимает постоянное значение. Источник.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

А так выглядят поверхности постоянной плотности в некоторых белках. Источник.

Что говорит квантовая теория поля?

Даже если вещество от пустоты нельзя четко отделить, можно ли хотя бы ответить на вопрос, чем вообще, с точки зрения квантовой теории, вещество отличается от пустого пространства? Для ответа обратимся к квантовой теории поля, изучающей системы многих частиц и вакуум. В этой теории любое состояние системы (точнее, квантованного поля), в которой может находиться 0, 1, 2 и т.д. частиц, характеризуется вектором, длина которого равна единице.

Если в системе нет ни одной частицы (пустота), ее состояние называют вакуумом, и соответствующий вектор принято обозначать как Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это. Атом с одним электроном на любой орбитали — это состояние системы с одной частицей, вектор которого можно обозначить как Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это. Насколько отличаются эти два состояния друг от друга? Существуют разные способы описания «расстояния» между векторами, наиболее простой и часто используемый (****) — посчитать длину разности векторов Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это. Можно показать, что векторы Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что этои Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что этовзаимно перпендикулярны, это обычная ситуация для существенно отличающихся друг от друга квантовых состояний. Выходит, что, с точки зрения квантовой теории поля, «расстояние» между пустотой и электроном, находящимся на атомной орбитали, равно Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Два взаимно перпендикулярных вектора состояния — вакуум и один электрон на атомной орбитали, — и расстояние между ними.

Получаемый ответ — что вещество всегда радикально отличается от пустоты, даже если содержит одну частицу на кубический километр, — не очень удовлетворителен, потому что из него начисто выпадает распределение вещества в пространстве. Можно ли ввести меру отличия вещества от пустоты, показывающую, насколько сильно они отличаются не в целом, а локально, в каждой точке Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это? Да, такую меру найти можно, и ей является не что иное как электронная плотность Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это. Там, где электронная плотность спадает до предельно малых значений, отличие вещества от пустоты также становится несущественным.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

где Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это— волновая функция многоэлектронной системы, Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это— число электронов. Как видим, квадрат расстояния складывается из двух частей: одна из них равна единице, другая набегает за счет интеграла от электронной плотности по пространству.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Линии равных электронных плотностей в кристалле Na2GeS3. Чем дальше от атомных ядер, тем ниже плотность, и тем ближе пустота. Источник.

(**) По крайней мере, эксперименты на Большом электрон-позитронном коллайдере показали, что размер электрона не превышает 10 –19 м. Более поздние сверхточные измерения магнитного момента электрона дали верхнюю оценку размера электрона, равную 10 –20 м. Эти оценки показывают, что электрон, как минимум, в десятки тысяч раз меньше ядра.

(***) Интересный факт: три кварка, из которых состоит протон, дают лишь менее 2% его массы. Остальная часть массы — это виртуальные частицы (кварки и глюоны), возникающие в результате взаимодействия трех исходных кварков. Этих частиц так много, что они образуют целое «море», и поэтому называются «морскими» кварками и глюонами.

(****) В случае двух чистых квантовых состояний Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что этои Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что этотакие меры расстояния между ними, как метрика Гильберта-Шмидта и метрика Фубини-Штуди, сводятся именно к длине вектора Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это.

Источник

Жизнь в пустоте: Квантовое осознание

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Команда исследователей из университета штата Аризона (ASU) попыталась сформировать более четкое понимание того, как эфемерный квантовый мир «перетекает» в привычную, воспринимаемую нашими органами чувств реальность.

В классическом мире, в котором мы живем, все, что нас окружает, имеет некоторый набор характеристик, которые можно измерить и сопоставить: размер, вес, цвет, форму, текстуру. Квантовый мир — это мир базовых «кирпичиков» материи — атомов и элементарных частиц. Но большая часть «объема» атома (около 99%) — это пустое пространство, «заполненное» лишь энергией.

Таким образом, с точки зрения квантового мира и мы сами, и все, что существует вокруг нас — по большому счету «пустое место», а наше восприятие классического мира — «плод нашего воображения, сформированный органами чувств», по словам профессора ASU Дэвида Ферри (David Ferry).

Уже более века ученые пытаются найти «недостающее звено», связывающее классический и квантовый мир и делающее возможным переход от почти пустого пространства к знакомому окружению.

Выводы группы ученых, работа которых опубликована в журнале Physical Review Letters, основываются на теориях квантового дарвинизма и декогеренции, предложенных Войцехом Зуреком (Wojciech Zurek) из Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Концепция декогеренции описывает процесс «коллапса» многих квантовых состояний в некую «широкую диаспору», или дисперсию, при взаимодействии с окружающей средой. С точки зрения квантового дарвинизма, декогеренция является процессом «естественного отбора» тех квантовых состояний, которые не нарушаются при контакте со средой. Окончательное, стабильное состояние, «выжившее» в процессе декогеренции («pointer state») многократно копируется и может наблюдаться в макроскопическом масштабе.

Экспериментальное подтверждение этой теории было получено при наблюдении с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа так называемых квантовых точек.

Представьте себе квантовую точку как бильярдный стол со всего двумя лузами, через каждую из которых шар может как попасть на стол, так и покинуть его. При отсутствии трения шар мог бы отскакивать от бортов, пока не нашел бы выход (это состояние, «отсеянное» в результате декогеренции). Но существуют и траектории, которые так и не приведут шар к выходу (pointer state). Одно из отличий классической физики, описывающей поведение бильярдных шаров, и физики квантового мира в том, что электрон способен проложить себе «туннель» через потенциальный барьер, тогда как шар, закатившийся на бильярдный стол через лузу, не сможет достичь изолированной траектории.

Наращивание амплитуды волновых функций электронов вдоль подобной «изолированной траектории» исследователи называют «шрамированной» (scarred) волновой функцией. Для экспериментального измерения этих «шрамов» представьте, что мы не можем видеть, что творится на бильярдном столе, но можем подсчитать вылетевшие с него шары — фактически, измерить ток через квантовую точку.

Повторяющиеся в квантовой точке структуры были интерпретированы исследователями как многочисленные копии одного и того же pointer state, испытавшего декогеренцию.

Ферри говорит, что полученные результаты — это всего лишь небольшой шаг на пути к пониманию того, как осуществляется переход от квантового мира к классическому. Квантовый дарвинизм — одна из гипотез, пытающихся объяснить, что же на самом деле происходит в основе физической реальности.

Источник

Физики заглянули в «полную пустоту» и доказали, что в ней кое-что есть

Согласно квантовой механике, вакуум – не просто пустое пространство. На самом деле он наполнен квантовой энергией и частицами, крошечными частицами, постоянно появляющимися и так же исчезающими и оставляющими после себя след в виде сигналов, которые мы называем квантовыми флуктуациями. Десятилетиями эти флуктуации существовали только в наших квантовых теориях, пока в 2015 году исследователи не объявили о том, что напрямую их обнаружили и определили. А сейчас та же команда ученых заявляет, что продвинулась в своих исследованиях гораздо дальше — смогла провести манипуляции с самим вакуумом и определить изменения в этих загадочных сигналах из пустоты.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Высокоуровневая физика

Здесь мы вступаем на территорию высокоуровневой физики, но что более важно, если результаты эксперимента, о котором мы сегодня поговорим, подтвердятся, то, вполне возможно, это будет означать, что ученые открыли новый способ наблюдения, взаимодействия и практических проверок квантовой реальности без вмешательства в нее. Последнее особенно важно, так как одной из самых больших проблем квантовой механики – и нашего ее понимания – является то, что каждый раз, когда мы будем пытаться измерить или даже просто провести наблюдение за квантовой системой, этим воздействием мы будем ее уничтожать. Как вы понимаете, это не слишком вяжется с нашим желанием узнать, что же на самом деле происходит в этом квантовом мире.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

И именно с этого момента в помощь приходит квантовый вакуум. Но перед тем, как двигаться дальше, давайте кратко вспомним, что такое вакуум с точки зрения классической физики. Здесь он представляет собой пространство, полностью лишенное какой-либо материи и содержащий энергии самых низших величин. Здесь нет частиц, а значит ничто не способно помешать или исказить чистую физику.

Один из выводов одного из наиболее фундаментальных принципов квантовой механики – принципа неопределенности Гейзенберга – устанавливает предел точности наблюдения за квантовыми частицами. Также согласно этому принципу вакуум не является пустым пространством. Он заполнен энергией, а также парами из частиц-античастиц, появляющихся и исчезающих случайным образом. Эти частицы скорее «виртуальны», чем физически материальны, и именно поэтому вы не можете их обнаружить. Но даже несмотря на то, что они остаются невидимыми, как и большинство объектов квантового мира, они тоже оказывают воздействие на реальный мир.

Эти квантовые флуктуации создают флуктуирующие случайным образом электрические поля, способные воздействовать на электроны. И именно благодаря этому их воздействию ученые впервые непрямым образом продемонстрировали их существование в 1940-х годах.

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

Любые отклонения надо учитывать. Особенно в космических масштабах.

Как ученые определили флуктации

В течение последующих десятилетий это оставалось единственным, что нам было известно об этих флуктуациях. Однако в 2015 году группа физиков, работавшая под руководством Альфреда Ляйтенсторфера из Констанцского университета в Германии, заявила, что смогла напрямую определить эти флуктуации путем наблюдения за их воздействием на световую волну. Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Science.

В своей работе ученые использовали коротковолновые лазерные импульсы продолжительностью всего несколько фемтосекунд, которые они направляли в вакуум. Исследователи стали отмечать едва заметные изменения в поляризации света. По мнению исследователей, эти изменения были напрямую вызваны квантовыми флуктуациями. Результат наблюдений наверняка еще не раз вызовет споры, однако ученые решили вывести свой эксперимент на новый уровень путем «сжатия» вакуума. Но и в этот раз они стали наблюдать странные изменения в квантовых флуктуациях. Получается, что этот эксперимент не просто оказался еще одним подтверждением существования этих квантовых флуктуаций, — здесь уже может идти речь о том, что ученые открыли способ наблюдения за ходом эксперимента в квантовом мире без воздействия на конечный результат, что в любом другом случае уничтожило бы квантовое состояние наблюдаемого объекта.

«Мы можем анализировать квантовые состояния без их изменения при первом же наблюдении», — комментирует Ляйтенсторфер.

Как правило, когда вы хотите проследить за воздействием квантовых флуктуаций на конкретно взятые частицы света, вам сперва необходимо обнаружить и выделить эти частицы. Это, в свою очередь, удалит «квантовую подпись» этих фотонов. Аналогичный эксперимент проводила команда ученых и в 2015 году.

В рамках же нового эксперимента вместо наблюдения за изменениями в квантовых флуктуациях путем абсорбирования или усиления фотонов света исследователи вели наблюдение за самим светом с точки зрения времени. Может прозвучать странным, но в вакууме пространство и время действуют таким образом, что наблюдение за одним сразу же позволяет побольше узнать и о другом. Ведя такое наблюдение, ученые обнаружили, что при «сжатии» вакуума это «сжатие» происходило ровным счетом так же, как это происходит при сжатии воздушного шарика, только в сопровождении квантовых флуктуаций.

Из-за чего флуктации стали сильнее

В какой-то момент эти флуктуации стали сильней, чем фоновой шум несжатого вакуума, а в некоторых местах, наоборот, слабее. Ляйтенсторфер приводит в качестве аналогии автомобильную пробку, двигающуюся через узкое пространство дороги: со временем автомобили, стоящие в своих полосах, занимают одну и ту же полосу, чтобы протиснуться сквозь узкое место, а затем снова разъезжаются по своим полосам. Тоже самое в определенной степени, согласно наблюдениям ученых, происходит и в вакууме: сжатие вакуума в одном месте приводит к распределению изменений квантовых флуктуаций в других местах. И эти изменения могут либо ускоряться, либо замедляться.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Этот эффект может быть измерен в пространственно-временном разрезе, как это показано на графике ниже. Парабола в центре изображения отображает точку «сжатия» в вакууме:

Квантовая пустота что это. Смотреть фото Квантовая пустота что это. Смотреть картинку Квантовая пустота что это. Картинка про Квантовая пустота что это. Фото Квантовая пустота что это

ПОдобные изучения сложны, но перспективны.

Результатом этого сжатия, как можно видеть на том же изображении, являются некоторые «проседания» во флуктуациях. Не менее удивительным для ученых оказалось и наблюдение того, что уровень мощности флуктуации в некоторых местах оказался ниже уровня фонового шума, который, в свою очередь, ниже, чем у основного состояния пустого пространства.

«Поскольку новый метод измерения не подразумевает захват или усиление фотонов, существует вероятность прямого определения и наблюдения за электромагнитным фоновым шумом в вакууме, а также контролируемых девиаций состояний, созданных исследователями», — говорится в исследовании.

В настоящий момент исследователи проверяют точность своего метода измерений, а также пытаются разобраться в том, на что он реально способен. Несмотря на уже более чем впечатляющие результаты этой работы, по-прежнему существует вероятность того, что ученые пришли к называемому «неубедительному методу измерения», который, возможно, и способен не нарушать квантовые состояния объектов, но в то же время не способен рассказать ученым больше о той или иной квантовой системе.

Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.

Если метод действительно окажется рабочим, то ученые хотят использовать его для измерения «квантового состояния света» — невидимого поведения света на квантовом уровне, которое мы только-только начинаем понимать. Однако для дальнейшей работы необходима дополнительная проверка – репликация результатов открытия команды исследователей из Констанцского университета и тем самым демонстрация пригодности предложенного метода измерений.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *