От кванта до Вселенной
Очередной баян, добравшийся до меня спустя год (или больше) после того, как им впечатлились все кому не лень. Теперь моя очередь, и надо сказать, что я таки впечатлился.
Шкала масштабов Вселенной — интерактивный флэш-ролик. Для увеличения/уменьшения масштаба (или трансфокации, как по-умному перевели на русский «zoom») крутите колесико мыши (расположив курсор над роликом), двигайте ползунок горизонтального скроллбара под роликом, а заодно можно использовать клавиши стрелок влево и вправо на клавиатуре. Если хотите узнать об объекте подробнее — кликайте на нем. Иконка ноты в правом верхнем углу включает/отключает музыкальное сопровождение; смайлик справа от нее переключает качество изображения.
Для просмотра в полноразмере кликните сюдою. Если хотите такую же на английском — она тута.
Ну что сказать — и прикольно, и познавательно. Прикольно — это когда я переключаю колесико своей новой синезубой мыши Logitech M555b (не реклама, а жаль!) нажатием на него с дискретного режима мотыляния на плавный и почти безынерционный (классная опция!) и всего одним мощным крутящим движением разгоняю Вселенную от квантовой пены до собственно её размера или обратно. Прям хозяином Вселенной себя чувствуешь на десяток секунд, мегаломания конкретная обуяет. Но хозяин должен хорошенько знать свое хозяйство, поэтому он, наигравшись, возвращает колесико в неразогнанный режим и медленно ходит по шкале, кликая на интересных с его точки зрения объектах. Это как-раз о познавательности. Много нового и интересного узнал.
В общем, спасибо авторам ролика и русским локализаторам из Нижнего Тагила за забавную и полезную игрушку. Сам поиграю и детей натравлю.
Источник
Что такое пространственно-временная пена. Просвещения пост
Понятие пространственно-временной, или квантовой, пены используют для того, чтобы описать предполагаемое строение Вселенной на ее самом фундаментальном уровне. Классическая механика предполагала, что пространство — это как бы некий гладкий субстрат, в котором находятся и взаимодействуют все существующие объекты. И хотя массивные объекты искривляют пространство, его базовая структура не меняется, и оно остается таким же гладким.
Развитие квантовой механики показало, что такая модель пространства не согласуется с теоретическими предсказаниями, и физики выдвинули новую гипотезу. Если на ткань Вселенной можно было бы взглянуть при помощи лупы, выявляющей самый мелкий ее масштаб (порядка так называемой планковской длины — 1,6 х 10^-35 м), то оказалось бы, что пространство теряет свою гладкость и становится похожим на бурлящую поверхность океана.
Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, чем меньше расстояние, тем больше энергия частиц — можно сказать, что пространству «не нравится», когда его загоняют в угол, и оно начинает протестовать. Со своей стороны, общая теория относительности Эйнштейна постулирует, что энергия искривляет пространство — отсюда и рождается та самая неистовая пена. Уточнение, что пена именно пространственно-временная, указывает, что пространство и время во Вселенной неразрывно связаны между собой и образуют единое целое.
Как «пощупать» пространственно-временную пену?
Эффекты квантовой гравитации столь далеки от реального мира, что, казалось бы, их экспериментальное наблюдение — задача безнадежная не только сегодня, но и в ближайшем будущем. Однако не все так безрадостно: в работе [1] утверждается, что уже в ближайшие годы новое поколение интерферометров сможет «увидеть» квантовое дрожание пространства-времени: так называемую пространственно-временную пену.
Пространственно-временная пена — один из наиболее известных и популяризованных эффектов в квантовой теории гравитации. Считается, что на очень малых расстояниях (порядка планковской длины) пространство имеет не гладкую, плоскую структуру, а хаотично дрожит, флуктуирует. Наглядный образ: пространство имеет губчатую, пенистую структуру, что и отражено в названии.
К каким наблюдаемым эффектам может привести такое дрожание? Оно может повлиять, например, на время распространения светового луча между заданными точками. В самом деле, в искривленном пространстве свет проходит иное расстояние между двумя точками, нежели в плоском. Поскольку искривленность пространства на пути луча флуктуирует во времени, то и расстояние, и время распространения света между двумя точками будет случайно колебаться около некоего среднего значения.
Время распространения луча света измерить непросто, зато вместо этого можно измерять фазу световой волны в конечной точке: ведь она тоже будет флуктуировать. Таким образом, мы приходим к следующей идее: можно попытаться наблюдать флуктуации пространства-времени с помощью интерферометра — прибора, изучающего фактически фазу световой волны. В таком приборе два когерентных световых луча попадают в одну точку по двум разным путям. Поскольку флуктуации пространства, чувствуемые этими лучами, не скоррелированы друг с другом, их относительная фаза в конечной точке будет «скакать» во времени, что приведет к флуктуациям интенсивности суммарной световой волны в этой точке. Регистрация этих колебаний интенсивности и будет экспериментальным наблюдением флуктуаций пространства-времени.
Автор работы [1] приводит теоретическую оценку для относительной величины флуктуаций пространства-времени (или, в переводе на наш эксперимент, величины флуктуации фазы по отношению к полной набежавшей фазе при распространении луча). Считая, что это дрожание представляет собой белый шум, автор оценивает спектральную мощность в 5*10-44Гц-1.
physnews160501
Спектр мощности пространственно-временных флуктуаций и чувствительность современных и будущих интерферометров
Много это или мало? Хватит ли для наблюдения такого дрожания точности интерферометрических исследований? Оказывается, уже существующие интерферометры не так далеки от этого рубежа. Экспериментальная ситуация проиллюстрирована на Рисунке. Уже сегодня, к примеру, 40-метровый интерферометр в Caltech [2] и интерферометр TAMA Японской Национальной Астрономической Обсерватории [3] достигли отметки в 10-40Гц-1, а ведь это пока только прототипы для будущих километровых интерферометров! Первое же поколение серьезных гравитационно-волновых интерферометров типа LIGO [4] и VIRGO достигнет рубежа 10-44Гц-1 за первые годы своей работы. В следующей своей стадии, эти интерферометры смогут улучшить чувствительность еще на несколько порядков и начнут отслеживать флуктуации на уровне 10-48Гц-1. Это уже должно быть достаточно не просто для наблюдения дрожания пространства-времени, но и для аккуратного изучения явления и сравнения с предсказаниями теоретических моделей.
Источник
Учёные в очередной раз обнаружили доказательства единства всего сущего
Квантовая пена , также известная как пена пространства-времени , — это концепция квантовой физики, предложенная нобелевским физиком Джоном Уилером в 1955 году для описания микроскопического моря пузырящейся энергии-материи. Пена — это то, как могло бы выглядеть пространство-время, если бы мы могли увеличить масштаб до 10^-33 сантиметра (длина Планка). В этом микроскопическом масштабе частицы материи кажутся не более чем стоячими волнами энергии. Уилер предположил, что в квантовой пене могут существовать крошечные червоточины размером 10^-33 сантиметра, которые, по мнению некоторых физиков, могут быть даже г иперпространственными связями с другими измерениями .
Гиперпространственная природа квантовой пены может объяснить такие принципы, как передача света и течение времени. Различные ученые считают, что квантовая пена является невероятно мощным источником энергии нулевой точки, и было подсчитано, что один кубический сантиметр пустого пространства содержит достаточно энергии, чтобы вскипятить все мировые океаны.
Если бы мы могли описать микроскопическую картину стоячей волны, которая выглядела как частица и включала в себя вихрь в своей структуре, у нас могла бы быть теория, которая могла бы объединить все текущие варианты в современной физике.
Рисунок выше, по-видимому, соответствует этим критериям. Это рисунок субатомной частицы, воспроизведенный из книги «Оккультная химия» Чарльза Ледбитера и Анни Безант, который был впервые опубликован в 1909 году, хотя аналогичная диаграмма доктора Эдвина Бэббита была опубликована в теософском журнале в 1895 году. Ледбитер и Безант объясняют, что каждая субатомная частица состоит из десяти петель, по которым циркулирует энергия из более высоких измерений. Еще в 1895 году они знали, что физическая материя состоит из «струн» — за 10 лет до теории относительности Эйнштейна и за 80 лет до теории струн. Структура энергии-вещества могла быть известна более 100 лет, но полностью игнорировалась традиционной наукой. Представленный рисунок субатомной частицы может быть «святым Граалем», который физики давно искали.
Мы все как один
Считается, что Вселенная возникла из сингулярности (т.е. единственной точки, согласно Теории большого взрыва). Сингулярность расширилась и стала вселенной , поэтому всё на свете, включая нас с вами, по-прежнему остается частью этой сингулярности. При такой интерпретации парадоксы нелокальности и сверхсветовой коммуникации становятся бессмысленными, потому что все связано и все едино — концепция, которая никоим образом не нова для духовности.
Большой взрыв и космическая инфляция
Теория космической инфляции утверждает, что Вселенная не расширяется в космос , а расширяется само пространство, увлекая за собой звезды и галактики. Чтобы каждый смог представить себе что это вообще значит, я приведу простую аналогию с воздушным шаром . Итак, воздушный шар — это пространство-время , с нарисованными на нем точками для обозначения галактик. Когда воздушный шар надувается, точки расходятся дальше друг от друга.
Таким образом, Большой взрыв не был взрывом материи, чтобы заполнить пустое пространство — это была материя, энергия и пространство, расширяющиеся вместе в бесконечную пустоту небытия .
Но откуда все это взялось? Теория относительности утверждает, что материю нельзя ни создать, ни уничтожить, поэтому, если она не была создана, она должна была быть преобразована из энергии. Но откуда взялась энергия? Должно быть, она всегда была «там» и по сути была пробуждена или переработана во время Большого взрыва.
Древние восточные религиозные тексты утверждают, что Вселенная проходит циклы «вдохов» и «выдохов» . Обычно при взрыве происходит первоначальное быстрое расширение, за которым следует постепенное замедление. Но со Вселенной дела обстоят иначе — ее расширение ускоряется через 14 миллиардов лет после Большого взрыва ! Причиной ускорения, по-видимому, является увеличение количества темной энергии, которая создает эффект вакуума, приводящий ко все более быстрому расширению. Этот последующий приток энергии из более высокого источника явно не то, что мы ожидали бы от типичного взрыва. Таким образом, Большой взрыв, по-видимому, находится под каким-то внешним контролем — возможно, разумом Бога или потоками темной энергии? А может быть это одно и тоже.
Если мы останемся с предположением, что темная энергия существует в более высоких измерениях, кажется, что произошел прилив энергии, спускающийся в физическое измерение (выдох), и что в какой-то момент в будущем она вернется в более высокие измерения, а физическая вселенная будет сжиматься или растворяться (вдох).
Предыдущая статья на эту тему — читать
Уважаемые читатели, если вам была интересна данная статья, то рекомендую ознакомиться с идеологией канала в целом и конечно же — подписаться на канал !
Источник
Колебания мюонов в эксперименте «g minus two» подтверждают существование квантовой пены
Любой вопрос или замечания Вы можете написать в комментариях. Также я открыт для личного диалога в телеграме или беседы в нашем чате. А еще у меня есть телеграм-канал о космологии.
Мюоны не ведут себя так, как это предсказывается Стандартной моделью. Почему? Это может быть связано с тем, что на них оказывают действие неизвестные субатомные частицы, появляющиеся и исчезающие в квантовой пене — такой вывод сделан в ходе эксперимента g-2, проведенного в лаборатории ускорителей частиц высоких энергий «Fermilab» в Иллинойсе и исследующего поведение мюона, и он говорит нам о том, как мало мы знаем об устройстве Вселенной.
Мюон — субатомная частица, по своим свойствам очень напоминающая электрон: оба с отрицательным зарядом и одинаковым спином, только их масса различается в почти 207 раз. Используя Стандартную модель (СМ), физикам удается объяснить и предсказать поведение такой тяжелой частицы. Например, вращающаяся заряженная частица имеет связанное с ней магнитное свойство, называемое моментом, характеризующееся как мера силы магнитного поля и ориентации частицы. В сравнении с мюоном это будет так: при его нахождении в магнитном поле, частица подвергнется колебанию (прецессии). СМ чрезвычайно точно предсказывает эту прецессию, называемую g-фактором, который близок к значению 2.
В макромире мы привыкли думать, что пространство гладкое и непрерывное, но в квантовом масштабе (порядка 10 -35 метров) пространство становится дискретным. Это значит, что на сверхмалых масштабах оно не может быть пустым, и вместо этого должно, подобно супу, «кипеть и бурлить» от энергообмена. В этом кипящем супе, в науке называемом квантовой пеной, постоянно возникают и аннигилируют частицы.
Credit: Diomedia
К чему речь пошла о пене? Дело в том, что ее воздействие как раз и сказывается на прецессии мюона. Без нее значение g-фактора было бы очень близко к двум, но воздействие виртуальных частиц на мюон вызывает аномальный магнитный момент, то есть отклонение от нормального значения. Более того, Стандартная модель предсказывает значение этого аномального момента, а, чтобы проверить предсказание, и проводится эксперимент «g minus two».
Для того, чтобы определить влияние квантовых флуктуаций на мюон, частицу вводят в очень стабильное магнитное поле и измеряют его колебания, сравнивая результат с теоретическим. Стандартная модель предсказывает значение аномального магнитного момента (АММ) равного 0,00116591810, а результат эксперимента демонстрирует значение 0,00116592061 — разница, кажется, небольшая (всего 0,0002153%), но предсказание должно полностью совпадать с результатом. Полученная различие значит многое: например, то, что существуют неизвестные нам силы, действующие на мюон в квантовом масштабе. Читатель может посчитать такое малое расхождение статистической ошибкой, но вероятность этого очень маловероятна — результаты эксперимента «g minus two» составляют 4,2 сигмы, т.е. шанс ошибки составляет 1 к 38 000 (0,002%).
Кольцевой магнит, на котором проводится эксперимент «g minus two» в Фермилабе. Credit: Fermilab / Reidar Hahn
Очевидно, что полученный результат не идеален, потому команда исследователей намерена проводить эксперимент уже в пятый раз для того, чтобы повысить значение сигмы до «золотого стандарта» — пяти. Если это произойдет, то мы окажемся перед еще одним непаханым полем — природой квантового мира. Стандартная модель довольно-таки успешна: например, она предсказала существование бозона Хиггса, обнаруженного в 2012 году, но ее проблема заключается в том, что есть вещи, которые она предсказать не может. Это было продемонстрировано командой экспериментаторов «g minus two» на примере поведения мюонов, исследование которых манит нас к будущим свершениям и великим открытиям новой, неизвестной нам физике.
Ну и напоминаю, о том, чтобы читатель не стеснялся задать вопрос или поправить меня в комментариях. Также у меня есть телеграм-канал, где я рассказываю о последних новостях космологии и астрофизики, а также пишу об астрофотографии. Пишите мне в личку или наш чат. Всем добра!
Источник