Прорывной эксперимент показал, что время «возникает» в результате спутывания квантовых частиц | Gearmix
25.10.2013 6:14
Источник перевод для gearmix ()

time-3Физики 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 существует только для наблюдателей внутри нашей вселенной. 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.

0 Txyx0XyYp6ZwebFl

Сам эксперимент достаточно прямолинеен. 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 сравнивает результат с поляризацией второго фотона. 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 является популярной концепцией в науке. 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.


ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Понравилась статья?
Поделись с друзьями!

x

Comments are closed.