Интересные новости и факты (физика, техника)

[ArefievPV]

К сообщению:

Гипотеза о циклической Вселенной получила наблюдательную поддержку
https://elementy.ru/novosti_nauki/434235/Gipoteza_o_tsiklicheskoy_Vselennoy_poluchila_nablyudatelnuyu_podderzhku

Волосы Вероники превратили напряженность с постоянной Хаббла в космологический кризис
https://naked-science.ru/article/astronomy/volosy-veroniki-prevratil
Скорость расширения Вселенной разными методами измерения получается разной. Причем, как показывает новая работа, это нельзя объяснить ошибками в измерениях. Совместить новые данные со стандартной космологической моделью не получается, что поднимает вопрос о ее пересмотре. «Наша модель космологии может быть сломана», — утверждает ведущий автор новой работы.

Ученым достоверно известно, что наша Вселенная расширяется. Это зафиксировано разными методами: например, по анализу особенностей реликтового излучения (древностью в 13,8 миллиардов лет) или по яркости «стандартных свечей», сверхновых типа Ia, которые почти всегда имеют одинаковую энергию взрыва. Раз энергия одинакова, то идентична и яркость. Сопоставляя эту яркость с расстоянием до далеких галактик, астрономы могут выяснить и скорость расширения пространства между Землей и наблюдаемой галактикой.

Проблема в том, что эти методы дают очень разные скорости расширения Вселенной. По реликтовому излучению она расширяется со скоростью 67,4 километров в секунду на один мегапарсек пространства (один мегапарсек — это 3,26 миллиона световых лет). А по сверхновым — как минимум на 73 километра в секунду. Разница в несколько километров в секунду кажется небольшой. Но если мы учтем, что диаметр Вселенной в районе 100 миллиардов световых лет (десятки тысяч мегапарсек), то получится, что речь идет о существенном расхождении.

В научной литературе его принято называть «напряженностью Хаббла». Долго время расхождение списывали на недостатки метода измерения по сверхновым. Мол, когда сверхновая находится где-то далеко, дистанция до этого района может быть определена недостаточно точно, отсюда и расхождения с методом, основанном на анализе реликтового излучения.

Теперь группа американских астрономов во главе с Дэном Скольником (Dan Scolnic) опубликовала в The Astrophysical Journal Letters результаты наблюдений за сверхновыми в галактическом скоплении Волосы Вероники. Это сравнительное крупное скопление объемом в три тысячи кубических мегапарсек.

Авторы работы изучили яркость 13 сверхновых типа SN Ia из этого скопления. Затем они обратились к расстоянию до них, определенному другими методами (с помощью Dark Energy Spectroscopic Instrument). В результате у них получилась скорость расширения Вселенной в 76,5 километра в секунду, то есть такая же, как в более ранних работах по сверхновым. Принципиальное отличие новой работы от прежних в том, что она касается сравнительно близких к нам галактик и сверхновых, причем тех, расстояние до которых хорошо определено астрономами. Сомневаться в цифре скорости расширения Вселенной на основе этих данных уже чрезвычайно затруднительно.

Осознают это и сами авторы новой работы. Дэн Скольник в комментарии для прессы отметил: «Напряженность [Хаббла] теперь превратилась в кризис… Это говорит, до некоторой степени, что текущая космологическая модель может быть сломана. Мы в точке, где оказываем серьезное давление на модели, которые использовались в последние 25 лет, и видим, что концы не сходятся с концами. Такая ситуация может изменить то, как мы представляем Вселенную, и это восхитительно».

Работа Скольника и соавторов не подвергает сомнению скорость расширения Вселенной, какой ее рассчитали на основе реликтового излучения. Ученые лишь отмечают, что скорость расширения пространства-времени, которая зафиксирована для реликтового излучения не совпадает с той, что зафиксирована для Волос Вероники, лежащих примерно в ста мегапарсеках (около 320 миллионов световых лет) от нас.

Ранее Naked Science уже отмечал, что так называемое напряжение Хаббла беспокоит космологов в основном потому, что Стандартная космологическая модель предполагает: скорость расширения Вселенной не должна серьезно меняться со временем. Однако другие модели — в частности, пульсирующая Вселенная Николая Горькавого — не только не входит в противоречие с напряжением Хаббла, но и требует его существования. В модели Вселенной по Горькавому скорость ее расширения до определенного момента будет нарастать. То есть в ее рамках вполне логично, что расширение пространства-времени 13,8 миллиардов лет назад шло с меньшей скоростью, чем треть миллиарда лет назад, в Волосах Вероники.

[ArefievPV]

Физики математически объяснили, как мыло успешно прошло лабиринты
https://naked-science.ru/article/physics/mylo-proshlo-labirint
Поверхностно-активные вещества оказались способны эффективно проходить лабиринты. Международная группа ученых опубликовала математическую модель, описывающую происходящие при этом физические процессы.

Недавно исследователи обнаружили, что поверхностно-активные вещества, они же ПАВ или сурфактанты, — молекулы, снижающие поверхностное натяжение жидкости и содержащиеся в мыле — могут естественным образом находить кратчайший путь через лабиринт.

Лабиринты — модельная система для сложных разветвленных сетей, таких как легкие. Понимание механизмов перемещения веществ в лабиринтах может быть ключом к пониманию того, как жидкости и лекарства перемещаются по этим сетям. Изучение механизмов транспорта вещества по таким структурам помогает медикам находить новые и более эффективные методы лечения, оптимизировать доставку лекарств.

Международная группа ученых описала математическую модель, объясняющую это явление. Их статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Когда ученые помещали окрашенное мыло в заполненный смесью молока и сливок лабиринт, природные поверхностно-активные вещества, уже присутствующие в смеси, взаимодействовали с сурфактантом в мыле. Обобществленная жидкость «знает» весь лабиринт, поэтому мыло «интуитивно» находит кратчайший путь к цели. Удивительно, что в процессе перемещения мыло совсем неглубоко проникает в тупиковые ветви лабиринта или не перемещается туда вообще.

Такое поведение ученые объясняют физическими процессами. Два типа поверхностно-активных веществ генерируют силы натяжения, направляющие мыло к выходу. Исследователи использовали передовые математические модели и симуляции, чтобы воспроизвести, как эти силы собирают информацию об общей форме и структуре лабиринта.

Они обнаружили и математически описали механизм, объясняющий перемещение жидкости по сложной разветвленной сети. Расчеты ученых и экспериментальные данные совпали с высокой точностью.

«Применение этого исследования на этом не заканчивается. Многие другие системы, такие как микрофлюидные устройства, которые перемещают микрообъемы химических веществ через сложные сети, могут извлечь выгоду из нашей модели. Используя ее, исследователи смогут создать более эффективные конструкции, неизбежно снижая затраты», — добавил доктор Ричард Макнаир (Richard Mcnair), первый автор исследования.

Исследовательская группа уже разработала предварительные модели, включающие распространение поверхностно-активных веществ в реалистичных геометриях масштаба человеческих легких.

P.S. Интеллект (вычислительный функционал), это не изобретение живых систем, он изначально присущ всем системам (типа, любая система рождается такими свойствами/качествами/способностями). Любой процесс в природе является сразу: и энергетическим, и информационным – одного без другого не бывает, они нераздельны (просто мы привыкли их обособлять (наделяя их независимостью друг от друга) при объяснении явлений).

Живые системы при рождении обретают разум – способность сохраняться с помощью интеллекта. Вот про разум уже можно сказать, что его изобрели живые системы. А информационные процессы и вообще, и их отдельные категории (например, вычисления, как направленные информационные процессы), а также их совокупности (например, вычислительный функционал) – изобрели ещё косные системы, живые системы только унаследовали сие изобретение (типа, присвоили его, так сказать).

[ArefievPV]

Квантовая механика помогла решить парадокс убитого дедушки
https://nplus1.ru/news/2025/02/13/life-on-closed-timelike-curve
Дискретная система на замкнутой времениподобной кривой вернулась в исходное состояние

Физик Лоренцо Гавассино решил проблему самосогласованности систем на замкнутых времениподобных кривых при помощи квантово-механических принципов. Для этого он использовал дискретизацию энергетических уровней и термодинамическое поведение системы, показывая, что к концу цикла система автоматически возвращается в исходное состояние, стирая любые потенциальные временные парадоксы. Работа опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

Замкнутые времениподобные кривые — это гипотетические траектории в пространстве-времени, которые возвращаются в свою исходную точку, создавая теоретическую возможность путешествий во времени. Эта концепция тесно связана с релятивистской физикой и космологией, но долгое время оставалась спорной из-за потенциальных парадоксов, самый известный из которых, пожалуй, это парадокс убитого дедушки.

Парадокс возникает в случае, если гипотетический путешественник во времени отправляется в прошлое и каким-либо образом предотвращает свое рождение, что, в свою очередь, должно помешать ему в будущем отправиться в прошлое (подробнее об этом можно почитать в материале «Убить дедушку и выжить»). До недавнего времени не существовало строгого квантово-механического объяснения, как системы на замкнутых времениподобных кривых могут быть самосогласованными, хотя ученые уже предлагали различные решения возникающих парадоксов. Однако последовательного решения, объединяющего квантово-механические принципы и термодинамику замкнутой системы, движущейся по замкнутой времениподобной кривой, до сих пор не существовало.

Физик Лоренцо Гавассино (Lorenzo Gavassino) из Университета Вандербильта изучил аналитически поведение конечных и замкнутых квантовых систем на замкнутых времениподобных кривых в пространстве-времени Гёделя. Используя теорему Вигнера и квантовую механическую интерпретацию унитарных преобразований, он показал, что энергетические уровни замкнутой системы (например, космического корабля) подвергаются спонтанной дискретизации из-за необходимости времени вернуться в исходную точку на замкнутой времениподобной кривой.

Кроме того, ученый рассмотрел, как энтропия системы меняется в процессе движения вдоль такой кривой. Он показал, что на определенном участке кривой энтропия достигает максимума, после чего неизбежно снижается вплоть до возвращения системы в исходное состояние из-за необходимости самосогласованности системы при возвращении в исходную точку на замкнутой кривой. По словам физика, это согласуется с теоремой Пуанкаре о возврате, согласно которой в конечных гамильтоновых системах любое начальное состояние через достаточно большое время должно снова повториться.

В результате ученый пришел к выводу, что при прохождении замкнутой времениподобной кривой вся система возвращается к своему исходному состоянию, что делает невозможными ситуации, в которых могут возникать логические противоречия. Например, из-за того что все состояние системы должно оказаться идентично начальному при возвращении в исходную точку на замкнутой кривой, воспоминания наблюдателя внутри космического корабля, которые описываются физической структурой состоящей из атомов и электрохимических процессов в мозге, будут стираться.

В контексте парадокса убитого дедушки это приводит к ключевому выводу: в замкнутой конечной системе с унитарной эволюцией невозможно создать ситуацию, в которой изменения в прошлом приведут к противоречиям, таким как предотвращение собственного рождения. Согласно результатам Гавассино, память и события внутри замкнутой кривой вернутся в начальное состояние, что исключает возможность возникновения ретроактивных парадоксов.

Путешествия во времени любят и писатели-фантасты, и разработчики компьютерных игр. Например, о том, как устроена физика в игре Quantum Break, можно почитать в блоге Марата Хамадеева.

[ArefievPV]

Физики обосновали, как время может течь обратно в открытой квантовой системе
https://naked-science.ru/article/physics/reverse-time-arrow-open-q
Ученые математически объяснили возможность обратного течения времени на микроуровне. Новое исследование показывает, что противоположные стрелы времени теоретически могут возникать в определенных квантовых системах.

Команда физиков изучила, как в контексте течения времени организована открытая квантовая система — субатомные частицы, взаимодействующие с окружающей средой. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

[ArefievPV]

Открыт универсальный закон хаоса: Как квантовые вихри в гелии стали ключом к пониманию турбулентности
https://www.ixbt.com/live/science/otkryt-universalnyy-zakon-haosa-kak-kvantovye-vihri-v-gelii-stali-klyuchom-k-ponimaniyu-turbulentnosti.html

Перемешайте ложкой чай, взгляните на клубящиеся облака или представьте себе рёв реактивного двигателя. Во всех этих явлениях, сколь бы разными они ни казались, правит один и тот же неуловимый и сложный феномен — турбулентность. Физики десятилетиями бьются над тем, чтобы полностью описать этот хаотичный танец вихрей, ведь он определяет всё: от погоды на планете до эффективности самолётных крыльев. И вот, чтобы разгадать эту вселенскую загадку, учёным пришлось обратиться к одному из самых странных веществ во Вселенной — сверхтекучему гелию.

Недавнее исследование международной группы учёных, включая специалистов из США, Великобритании и Франции, пролило свет на фундаментальные законы, управляющие этим хаосом. И сделали они это, наблюдая за поведением микроскопических «торнадо» в жидкости, охлаждённой почти до абсолютного нуля.

Идеальная лаборатория в капле гелия

Представьте себе жидкость, которая не знает, что такое трение. Она течёт вечно, не замедляясь, и способна сама по себе взбираться по стенкам сосуда, словно бросая вызов гравитации. Это не научная фантастика, а реальность сверхтекучего гелия — состояния, в которое гелий переходит при температуре ниже -271 °C.

Но главная его ценность для учёных не в этих экзотических свойствах. В отличие от воды или воздуха, где вихри могут возникать и исчезать самым причудливым образом, в сверхтекучем гелии всё вращение строго упорядочено. Оно может существовать только в виде так называемых квантованных вихрей.

Что это значит? Проще говоря, жидкость не может вращаться как попало. Вращение происходит строго отмеренными «порциями», сосредоточенными в тончайших нитях, похожих на микроскопические смерчи. Каждый такой вихрь — это стабильная, почти вечная структура, несущая в себе минимально возможный «заряд» вращения, предписанный законами квантовой механики.

Как объясняет профессор Вэй Го, один из авторов работы, эти вихри «топологически защищены», что делает их невероятно устойчивыми и удобными для наблюдения.

Именно эта предсказуемость превратила сверхтекучий гелий в идеальную «песочницу» для изучения турбулентности. Вместо того чтобы пытаться уследить за хаосом в обычном потоке воздуха, учёные смогли наблюдать за поведением отдельных, чётко определённых вихрей.

Увидеть невидимое и понять необратимое

Как же заглянуть в этот квантовый мир? Вихри сами по себе невидимы. Чтобы их отследить, команда исследователей применила изящный метод: они ввели в сверхтекучий гелий крошечные замороженные частицы дейтерия (тяжёлого водорода). Эти частицы, словно пылинки в солнечном луче, попали в ловушку вихрей и сделали их видимыми. Направив на них плоский лазерный луч и снимая происходящее на высокоскоростную камеру, учёные смогли в деталях зафиксировать балет этих квантовых торнадо.

Именно здесь их ждало главное открытие. Когда два таких вихря сталкивались и «пересоединялись» — то есть разрывались и образовывали новые связи, — происходило нечто удивительное.

После столкновения вихри всегда разлетались друг от друга быстрее, чем сближались.

Этот, на первый взгляд, простой факт имеет колоссальное значение. Он говорит о том, что процесс необратим. Это похоже на то, как если бы два бильярдных шара после столкновения не просто отскочили, а приобрели дополнительный импульс, взявшийся словно из ниоткуда. Разумеется, энергия из ниоткуда не берётся. Оказалось, что в момент пересоединения часть энергии, заключённой в самой структуре вихревых линий, высвобождается в виде резкого всплеска, который и разгоняет их.

Это явление, названное временной асимметрией, оказалось универсальным законом. Оно описывает фундаментальный механизм того, как энергия передаётся и рассеивается в текучих средах — и неважно, говорим мы о ледяном гелии или о горячем воздухе в турбине.

От квантового мира к гулу реактивного двигателя

Какое отношение эти микроскопические квантовые эффекты имеют к нашему повседневному миру? Самое прямое. Хотя сами квантованные вихри существуют лишь в экзотических условиях, физические принципы их взаимодействия — столкновения, пересоединения и высвобождения энергии — оказались общими для всех жидкостей и газов.

Турбулентность в классическом мире — это, по сути, сложнейшая сеть из множества таких взаимодействующих вихрей разного масштаба. Понимание того, как энергия каскадом передаётся от больших завихрений к малым на самом фундаментальном уровне, открывает невероятные перспективы.

Инженерия: Это знание однажды может помочь в создании более эффективных и тихих реактивных двигателей, более производительных турбин для электростанций или даже в проектировании корпусов судов, испытывающих меньшее сопротивление воды.

Прогнозирование: Улучшенные модели турбулентности способны повысить точность прогнозов погоды и климатических моделей, ведь атмосферные и океанские течения — это турбулентность в чистом виде.

Фундаментальная наука: Это исследование — прекрасный пример того, как изучение одного, казалось бы, узкоспециализированного явления соединяет совершенно разные области физики: от квантовой механики до гидродинамики.

Работа международной команды учёных показала, что иногда для решения самых больших и сложных проблем нужно взглянуть на самые малые и простые системы. Изучая предсказуемый и упорядоченный танец квантовых торнадо, мы получаем ключ к пониманию всеобъемлющего и могущественного хаоса, который формирует мир вокруг нас.

[ArefievPV]

Физики создали «теорию всего», которая запретила нашу Вселенную. Как новая физика решает главный парадокс теории струн
https://www.ixbt.com/live/science/fiziki-sozdali-teoriyu-vsego-kotoraya-zapretila-nashu-vselennuyu-kak-novaya-fizika-reshaet-glavnyy-paradoks-teorii-strun.html

На протяжении десятилетий теория струн была путеводной звездой для физиков-теоретиков. Она обещала элегантную и всеобъемлющую картину мира, где всё — от света до гравитации, от электронов до кварков — является лишь разной «мелодией», которую играют крошечные вибрирующие нити энергии. Мечта о «теории всего» казалась почти осязаемой. Но, как это часто бывает в науке, красивая идея столкнулась с суровой реальностью.

В последние два десятилетия эта стройная концепция начала давать трещины. Оказалось, что её математический аппарат порождает не одну, а бесчисленное множество вселенных, большинство из которых не имеют ничего общего с нашей. Хуже того, попытки «отфильтровать» жизнеспособные миры привели к парадоксальному выводу: наша собственная Вселенная, с её ускоряющимся расширением, по правилам самой теории струн должна была бы оказаться в категории «невозможных».

Это был настоящий интеллектуальный тупик. Однако недавнее исследование физика Эдуардо Гендельмана предлагает изящный выход, который может спасти теорию от самой себя.

Ландшафт грёз и болото разочарований

Давайте разберёмся, в чём суть проблемы. Когда в начале 2000-х физики углубились в уравнения теории струн, они обнаружили нечто ошеломляющее. Решений было не одно и не десять, а примерно 10⁵⁰⁰. Это число настолько велико, что записать его целиком невозможно — в нём единица и пятьсот нулей.

Каждое решение описывает свою уникальную вселенную со своими законами физики. Этот гигантский набор возможностей получил поэтичное название «ландшафт теории струн». Поначалу это казалось даже интересным, но вскоре стало ясно: если теория допускает всё что угодно, она не предсказывает ничего конкретного. Как найти в этом бесконечном многообразии наш дом — нашу Вселенную?

Ситуация усложнилась ещё больше, когда физики обнаружили, что сам «ландшафт» окружён куда более зловещей областью, которую они метко окрестили «болотом» (swampland). Представьте себе, что ландшафт — это острова, на которых возможна жизнь (стабильные вселенные), а болото — это трясина внешне похожих, но внутренне противоречивых теорий. При ближайшем рассмотрении они разваливаются, поскольку несовместимы с квантовой гравитацией — ещё одним столпом современной физики.

Чтобы отделить зёрна от плевел, учёные ввели строгие «критерии исключения из болота». Это своего рода служба контроля качества для теоретических вселенных. Не прошёл проверку — отправляешься в топку. И вот здесь физиков ждал шок.

Когда они применили эти критерии к стандартным моделям теории струн, выяснилось, что прошедшие отбор «правильные» вселенные не могут объяснить два фундаментальных факта о нашем мире:

1.Инфляцию — короткий, но сверхмощный рывок расширения на заре времён.
2.Тёмную энергию — загадочную силу, которая заставляет Вселенную расширяться всё быстрее и быстрее прямо сейчас.

Получился абсурд: теория, созданная для описания нашей реальности, маркирует её как «невозможную». Наша Вселенная, по всем признакам, угодила прямиком в «болото».

Динамический поворот: когда правила можно обойти

И вот здесь на сцену выходит работа Эдуардо Гендельмана. Он предлагает сместить фокус на экзотический, ранее малоизученный класс струнных моделей. Их ключевое отличие — в подходе к одной из базовых характеристик струны: её натяжению.

Представьте себе гитарную струну. Её натяжение определяет, какой звук она издаст. В стандартных моделях теории струн это натяжение — просто константа, число, которое физики вписывают в уравнения, что называется, «от руки». Это всегда выглядело немного искусственно.

Гендельман же рассматривает модели, где натяжение не задано заранее, а возникает динамически. То есть, оно само является результатом поведения струн и полей в этой модели. Это куда более естественный и фундаментальный подход. И, как оказалось, он кардинально меняет правила игры.

В чём же фокус? Дело в том, что те самые строгие «критерии болота» тесно связаны с планковским масштабом — фундаментальным пределом малости в физике, условным «пикселем» пространства-времени. В свою очередь, этот масштаб зависит от натяжения струн.

Что же это значит? Если натяжение — константа, то и планковский масштаб, и связанные с ним правила «болота» — незыблемы. Но если натяжение динамическое, то и планковский масштаб, и сами правила становятся гибкими!

Гендельман показал, что в его моделях могут возникать режимы, когда натяжение струн становится колоссальным. В такие моменты планковский масштаб тоже резко увеличивается, а строгие «критерии болота» ослабевают и становятся практически несущественными. Появляется лазейка, через которую могут «проскочить» именно те вселенные, которые раньше считались запрещёнными.

Вселенные с инфляцией и тёмной энергией — такие, как наша — снова становятся возможными в рамках теории.

Новая надежда или очередной мираж?

Конечно, работа Гендельмана — это не окончательное доказательство правоты теории струн. Это теоретический прорыв, который указывает на возможное направление для выхода из многолетнего кризиса. Он не говорит нам, что наша Вселенная именно такая, но он показывает, что теория струн достаточно гибка, чтобы, в принципе, её описать.

Это исследование возвращает надежду. Оно демонстрирует, что даже в самых абстрактных уголках теоретической физики могут найтись элегантные решения, способные примирить математику с наблюдениями. «Болото» теории струн, возможно, не такое уж и непроходимое. И где-то на другом его берегу нас всё ещё может ждать та самая «теория всего», которую физики ищут уже почти столетие. Путь к ней долог, но, кажется, только что открылся новый обходной маршрут.

P.S. Для разных Вселенных планковский масштаб может оказаться разным? На мой взгляд, это любопытная идея.

[ArefievPV]

А что если пространство-время обладает памятью? Ученые объяснили, как это может работать
https://www.ixbt.com/live/science/a-chto-esli-prostranstvo-vremya-obladaet-pamyatyu-uchenye-obyasnili-kak-eto-mozhet-rabotat.html

В самом сердце современной физики зияет пропасть. С одной стороны — величественная теория относительности Эйнштейна, описывающая гравитацию как искривление гладкой и непрерывной ткани пространства-времени. С другой — причудливый мир квантовой механики, где всё состоит из дискретных, прерывистых «кусочков». Эти два столпа науки блестяще описывают мир в своих масштабах — от галактик до атомов, — но наотрез отказываются работать вместе. И вот, на фоне многолетних поисков «теории всего», появляется новая, обескураживающе простая и одновременно радикальная идея.

Что, если само полотно нашей реальности — не просто пассивная сцена для космических событий, а активный участник, гигантский носитель информации? Что, если каждый кубический сантиметр пустоты хранит память о всём, что в нём когда-либо происходило? Эта концепция, получившая название «квантовая матрица памяти» (КМП), предлагает переписать фундаментальные правила игры и, возможно, дать ответы на самые тёмные загадки космологии.

Пустота, которая помнит всё

Привычная нам картина мира рисует пространство как пустую арену. Объекты движутся сквозь него, силы действуют в нём, но само пространство остается безучастным фоном. Концепция КМП переворачивает это представление с ног на голову. Она предполагает, что на самом фундаментальном, планковском уровне пространство-время не является гладким. Вместо этого оно состоит из мельчайших, дискретных ячеек, образующих невидимую цифровую сетку.

И вот ключевой момент: каждая такая ячейка — не просто точка, а элементарная единица памяти, своего рода квантовый «переключатель». Подобно биту в компьютере, она может менять свое состояние. Когда частица или поле проходит через эту область, оно взаимодействует с этими ячейками и оставляет на них отпечаток — своего рода «зарубку» в памяти пространства.

Это не просто метафора. Физика давно описывает частицы и силы как возбуждения квантовых полей, пронизывающих всё сущее. Новая идея распространяет этот принцип и на само пространство-время, превращая его из пассивного контейнера в активную информационную среду. Получается, Вселенная непрерывно «записывает» собственную историю в свою же структуру.

Элегантное решение старого парадокса

Откуда вообще взялась такая, казалось бы, фантастическая мысль? Ее корни уходят в одну из самых известных головоломок теоретической физики — информационный парадокс черных дыр.

Суть его в следующем:

1.Квантовая механика утверждает, что информация не может быть уничтожена. Никогда. Даже если сжечь книгу, информация о ней сохранится в дыме, пепле и тепле.

2.Общая теория относительности говорит, что всё, попавшее за горизонт событий черной дыры, навсегда отрезано от нашей Вселенной. А поскольку черные дыры со временем медленно «испаряются» (излучение Хокинга), вся информация, упавшая в них, должна бесследно исчезнуть.

Это фундаментальное противоречие мучает физиков десятилетиями. КМП предлагает изящный обходной путь. Информация не исчезает в черной дыре, потому что она никогда по-настоящему и не была только внутри нее. Падая в дыру, объект оставляет информационный отпечаток на ячейках окружающего пространства-времени. Когда черная дыра испарится, этот «шрам» на ткани реальности останется. Информация спасена.

Более того, авторы гипотезы обнаружили, что их математический аппарат, названный «оператором отпечатка», работает не только для гравитации. С небольшими доработками он способен описать, как оставляют свой след в пространстве и три другие фундаментальные силы: электромагнетизм, а также сильное и слабое ядерные взаимодействия. Это уже серьезная заявка на унификацию — давнюю мечту физиков о едином описании всех сил природы.

Космический жёсткий диск: где искать тёмную материю?

Пожалуй, самое захватывающее следствие идеи о «памятливом» пространстве — это потенциальное решение загадки тёмной материи. Астрономы знают, что галактики вращаются слишком быстро. Видимых звезд, газа и пыли в них недостаточно, чтобы их гравитация удерживала их от разлетания. Для объяснения этого эффекта была придумана гипотетическая «тёмная материя» — невидимая субстанция, составляющая около 27% массы-энергии Вселенной. Десятилетия поисков частиц этой материи не дали никаких результатов.

Концепция КМП предлагает радикально иной взгляд. А что, если тёмная материя — это вообще не материя? Что, если дополнительная гравитация, которую мы наблюдаем, — это совокупный гравитационный эффект всей информации, «записанной» в пространстве-времени за миллиарды лет его истории?

Вспомним Эйнштейна: масса и энергия искривляют пространство-время. Новая гипотеза добавляет к этому уравнению третий член — информацию. Если у информации есть физический носитель (ячейки пространства), у нее должен быть и гравитационный эквивалент. Это меняет всё: мы ищем таинственные частицы, а возможно, нужно просто учесть «вес» накопленной Вселенной памяти. Предварительные расчеты, проведенные авторами, показывают, что цифры на удивление хорошо сходятся с наблюдаемыми эффектами.

Проверка на прочность: от симуляций к технологиям

Конечно, любая смелая идея требует проверки. Прямое обнаружение ячеек пространства-времени потребует энергий, в триллионы раз превышающих возможности современных ускорителей. Но есть и другой путь — квантовые компьютеры.

Поскольку эти машины оперируют теми же законами квантовой механики, которые, предположительно, лежат в основе КМП, они могут служить идеальным полигоном для симуляций. Ученые смоделировали процесс «записи» информации на кубит (квантовый бит) и ее последующего «считывания» с помощью своего «оператора отпечатка». Результат? Точность восстановления исходного состояния составила около 90%.

Это не просто игра в «что, если» — это демонстрация того, что сам математический аппарат идеи физически реализуем.

Более того, идея, рожденная для космологии, нашла неожиданное применение здесь и сейчас. Одной из главных проблем квантовых вычислений являются ошибки, накапливающиеся в кубитах. Оказалось, что «оператор отпечатка» можно использовать для высокоточной коррекции этих ошибок, что позволяет значительно повысить эффективность вычислений. Это весомый довод в пользу того, что исследователи нащупали нечто реальное.

P.S. Без наличия структуры у пространства-времени на него ничего не запишешь. Про то, что пространство-время имеет структуру, давно говорю. Из недавних постов, например, здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg283685.html#msg283685

Опять-таки, любые знания (соответственно, и любая информация), в конечном счёте, сводятся к структуре. И про это (что знания системы сводятся к структуре системы) я тоже давно говорю. Более-менее полное пояснение можно глянуть, например, здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10046.msg269415.html#msg269415

[ArefievPV]

Путешествия во времени без парадоксов возможны.
https://www.ixbt.com/live/science/puteshestviya-vo-vremeni-bez-paradoksov-vozmozhny-uchenye-obyasnili-kak-no-est-odin-vazhnyy-nyuans.html
Ученые объяснили как, но есть один важный нюанс

Возможность вернуться в прошлое и что-то изменить — одна из самых волнующих идей, какие только можно вообразить. Предотвратить роковую ошибку, спасти кого-то дорогого или, может, просто подсказать самому себе выигрышные номера в лотерею. Но стоит лишь задуматься об этом всерьез, как перед нами вырастает стена логического противоречия, известного как «парадокс убитого дедушки». Суть его проста: если вы отправитесь в прошлое и помешаете встрече своих предков, вы никогда не родитесь. А раз так, то кто же тогда отправился в прошлое, чтобы всё изменить?

Этот парадокс десятилетиями был главным аргументом против самой возможности путешествий во времени, превращая их в удел научной фантастики. Однако недавнее исследование австралийских физиков Жермена Тобара и Фабио Косты, опубликованное в авторитетном журнале Classical and Quantum Gravity, предлагает на удивление элегантное решение. Их математическая модель показывает: путешествовать во времени можно, вот только Вселенная просто не позволит вам ничего «сломать».

Главная головная боль путешественника во времени

Чтобы понять всю прелесть новой теории, нужно сначала осознать глубину проблемы. Логические парадоксы — это не просто забавные головоломки; для физиков они указывают на фундаментальное противоречие в законах природы. В контексте путешествий во времени их два основных типа.

• Парадокс непротиворечивости (убитый дедушка). Он касается любого действия, которое отменяет причину самого путешествия. Если вы помешаете своим родителям встретиться, вы исчезнете. Если вы дадите учёному лекарство от болезни, от которой он должен был умереть молодым, он может не совершить открытие, которое и вдохновило вас на путешествие.
• Информационный парадокс (или парадокс предопределения). Что, если вы отправитесь в прошлое и научите молодого Шекспира писать «Гамлета», передав ему книгу из будущего? Тогда кто на самом деле автор пьесы? Идея просто возникает в замкнутом цикле, не имея реального источника.

Эти проблемы заставляли многих учёных считать, что-либо путешествия в прошлое невозможны в принципе, либо природа должна иметь некий «механизм цензуры», запрещающий любые действия, ведущие к парадоксу. Но второй вариант выглядел ещё более странно: получается, какая-то невидимая сила будет выбивать у вас из рук пистолет каждый раз, когда вы нацелитесь на дедушку? Это противоречит нашему представлению о свободе воли.


Локальная ограниченная область i пространства-времени с границей прошлого и будущего. Границы не содержат времяподобных фрагментов. Локальная операция в области представлена функцией fi, которая отображает входное состояние ai, содержащее физические степени свободы на прошлой границе, в выходное состояние xi, содержащее физические степени свободы на будущей границе. 2020 Class. Quantum Grav. 37 205011
Автор: Germain Tobar and Fabio Costa Источник: iopscience.iop.org

Элегантное решение: свобода в рамках сценария

Работа Тобара и Косты строится на концепции замкнутых времениподобных кривых (ЗВК), идею которых впервые высказал ещё Эйнштейн. Говоря простым языком, это гипотетический маршрут в пространстве-времени, который образует петлю, возвращаясь в собственное прошлое. Учёные показали, что события внутри такой петли могут развиваться по принципу, который они назвали «детерминированной динамикой с локальной свободой выбора».

Звучит сложно, но суть проста. Представьте, что история — это сценарий фильма с уже известным финалом.

• Детерминизм означает, что ключевые события этого сценария (например, начало пандемии или победа в войне) изменить нельзя. Они предопределены.
• Локальная свобода означает, что вы, как путешественник во времени, можете действовать внутри этого сценария абсолютно свободно. Вы — актёр-импровизатор.

Для моделирования взаимодействия отдельных локализованных пространственно-временных регионов с КТК можно использовать функцию процесса w. Нетривиальная зависимость входа каждого региона от выходов других регионов подразумевает, что функция процесса может возникнуть только в присутствии КТК. 2020 Class. Quantum Grav. 37 205011
Автор: Germain Tobar and Fabio Costa Источник: iopscience.iop.org

Давайте вернёмся к примеру с пандемией. Вы отправляетесь в прошлое, чтобы изолировать «нулевого пациента». Вы находите его, запираете в комнате и думаете, что спасли мир. Но Вселенная тут же «пересчитывает» события. Пока вы возитесь с одним человеком, вы случайно чихаете на медсестру, которая и становится новым разносчиком вируса. Или тот самый пациент, избежав заражения в больнице, на следующий день идёт в магазин и подхватывает вирус там.

Ваши действия свободны, но результат — глобальная пандемия — остаётся неизменным. Вселенная гармонично подстраивает события вокруг вашего вмешательства, чтобы конечный итог не противоречил исходному.

Не эффект бабочки, а лапка обезьяны

Этот вывод кардинально меняет наш взгляд на последствия путешествий во времени. Мы привыкли к идее «эффекта бабочки» — представлению о том, что малейшее изменение в прошлом (раздавленная бабочка) может привести к катастрофическим и непредсказуемым изменениям в будущем. Эта модель рисует Вселенную как чрезвычайно хрупкую систему.

Теория Тобара и Косты предлагает другую, куда более зловещую и ироничную метафору — обезьянью лапку из старого рассказа ужасов. Это магический артефакт, исполняющий желания, но самым ужасным и извращённым способом, который формально соответствует загаданному. Вы можете пожелать повышения по службе и получить его — но лишь потому, что в результате реорганизации на вас свалят все самые неблагодарные задачи, от которых отказались другие. Формально желание исполнено, но цена — ваше спокойствие и удовлетворение от работы.


Пространственная диаграмма физической реализации функции акаузального процесса. Пример — пространство-время червоточин: метрика Минковского везде, кроме восьми цилиндрических областей («устья» червоточин, представляющиеся в пространственном разрезе сферами, которые на рисунке обозначены черными кругами), которые попарно отождествлены. Временная задержка между устьями приводит к тому, что мировая линия, входящая в верхнее устье, выходит из соответствующего нижнего устья в более раннее время в координатах Минковского, образуя КТК. Непосредственно над каждым из нижних устьев находится локальная область, обозначенная i = 1, …, 4, в которой агент может либо получить (ai = 1), либо не получить (ai = 0) бильярдный шар вдоль заданной мировой линии (на рисунке показана проекция мировых линий на временной срез, содержащий локальные области). Затем агенты могут выбрать, посылать или не посылать бильярдный шар из локального региона. Это вмешательство представлено функцией fi, а выход — xi = 1, 0. В пространстве между регионами и верхними устьями находится «компьютер бильярдного шара», который реализует функцию процесса w. Свойства функции процесса гарантируют, что для каждого выбора локальных операций существует уникальное решение о наличии или отсутствии шара в каждой точке рассматриваемых мировых линий. 2020 Class. Quantum Grav. 37 205011
Автор: Germain Tobar and Fabio Costa Источник: iopscience.iop.org

Что это значит для нас?

Конечно, работа австралийских учёных — это пока что чистая математика, а не чертёж машины времени. Она не говорит нам, как создать замкнутую времениподобную кривую, что, вероятно, потребует экзотических состояний материи и колоссальной энергии.

Но её ценность в другом. Она доказывает, что путешествия в прошлое не являются логически невозможными с точки зрения фундаментальных законов физики. Парадоксы, которые казались непреодолимой стеной, могут быть всего лишь следствием нашего неверного понимания причинно-следственных связей.

Возможно, Вселенная гораздо более устойчива и самосогласована, чем мы думали. Она не хрупкий механизм, который можно сломать неловким движением, а гибкая система, способная адаптироваться к любым возмущениям. И если человечество когда-нибудь и откроет дверь в прошлое, то обнаружит не чистое поле для исправления ошибок, а лишь возможность стать ещё одним участником пьесы, финал которой уже написан.

P.S. Немного поразмышляю вслух.

Ключевые события для сценариев разных масштабов могут быть разными – для синтеза или распада молекул это события уровня взаимодействия атомов-молекул (микрообъектов), для рождения или смерти людей это события уровня взаимодействия макрообъектов, для формирования или распада галактик это события уровня взаимодействия мегаобъектов. То есть, каждый сценарий является эдакой матрёшкой из вложенных подсценариев, и ни в какой из матрёшек нет никакой полной «свободы воли».

Если разобраться, то оказывается, что все такие микрособытия ограничивают формирование макрособытий (а те, в свою очередь, ограничивают формирование мегасобытий), и у путешественника во времени даже внутри его сценария нет никакой «свободы воли».

Получается, что каждый вариант Вселенной «запетлёван» буквально на всех уровнях (то есть, он строго детерминирован), и попытки путешествия во времени приведут к попаданию не в собственное прошлое, а к попаданию в альтернативное прошлое (в прошлое другого варианта Вселенной).

Все эти парадоксы «с убийствами своего дедушки» являются мнимыми – убить можно только «чужого» дедушку (и такового путешественника во времени в данном варианте Вселенной попросту не появится) и начать существовать уже в другой версии Вселенной, а «свой» дедушка путешественника во времени останется в прежнем варианте Вселенной (правда, его внук исчез из этого варианта Вселенной). У путешественника во времени просто не будет прошлого в данном варианте Вселенной (типа, человека из ниоткуда).

Путешественник во времени путешествует не по времени в своём варианте Вселенной, а просто переходит в другие варианты Вселенной, в которых он возникает тоже строго детерминированно (типа, он не может там не возникнуть, ведь он там есть, и сценарий с его участием уже «прописан»). Вернуться именно в «своё» прошлое или попасть именно в «своё» будущее невозможно, можно попасть только в «чужое»   прошлое или будущее.

Получается, что все варианты Вселенной могут оказаться связанными подобным образом в некую единую многомерную сеть (и это, кстати, на квантовом уровне, возможно, постоянно и происходит), в которой есть любые (даже самые фантастические) варианты. Такая сеть нивелирует отсутствие свободы воли (свободы выбора) не только на философском уровне, но и на уровне физики – всё жестко детерминировано, но зато есть любой вариант. Свобода воли (свобода выбора), это иллюзия.

Не удивлюсь, что и на квантовом уровне нет ничего похожего на свободу выбора – всё жёстко предопределено, но так как всё связано со всем (и всё является причиной всего), и буквально все варианты в наличии, то таковую предопределённость (и причинно-следственные связи) невозможно выявить.