Интересные новости и факты (физика, техника)

[ArefievPV]

Физики нащупали «дно» реальности: 37-мерный свет ломает классическую логику всего за три шага
https://www.ixbt.com/live/science/fiziki-naschupali-dno-realnosti-37-mernyy-svet-lomaet-klassicheskuyu-logiku-vsego-za-tri-shaga.html

В физике существует понятие «реализм». Это философская и научная установка, согласно которой физические величины имеют определенные значения до того, как мы их измерим. Спидометр показывает скорость автомобиля не потому, что он ее создает, а потому, что автомобиль уже двигался с этой скоростью. Однако квантовая механика ставит этот принцип под сомнение с помощью феномена, называемого контекстуальностью.

Суть контекстуальности в том, что результат измерения зависит не только от состояния системы, но и от того, какие еще измерения проводятся одновременно с ним (то есть от контекста). Долгое время считалось, что для демонстрации полного, стопроцентного противоречия между классическим реализмом и квантовой механикой требуются сложные экспериментальные установки с минимум четырьмя различными наборами условий.

Группа исследователей из Китайского университета науки и технологий (USTC) в сотрудничестве с теоретиками из Германии и Испании переписала эти правила. В работе, опубликованной в журнале Science Advances, они теоретически доказали и экспериментально подтвердили, что этот порог ниже, чем считалось. Им удалось реализовать парадокс, ломающий классическую логику, используя всего три контекста. Это абсолютный математический минимум: построить подобное противоречие с двумя контекстами невозможно в принципе.

Проблема: детерминированный сбой системы

Сначала разделим два вида квантовых противоречий.

Первый вид — вероятностный. Самый известный пример здесь — нарушение неравенств Белла. В таких экспериментах физики накапливают статистику тысяч измерений и видят, что корреляция событий превышает предел, допустимый для классических объектов (например, 85% совпадений вместо классического максимума в 75%). Это убедительно, но оставляет лазейку для скептиков, указывающих на несовершенство детекторов или статистические погрешности.

Второй вид — логический, или детерминированный. Это так называемые парадоксы типа Гринбергера — Хорна — Цайлингера (GHZ). Здесь речь идет не о процентах, а о жестком правиле «да/нет». Для определенного набора измерений любая классическая теория со скрытыми параметрами предсказывает, что событие невозможно (вероятность 0). Квантовая механика для той же системы предсказывает, что событие произойдет обязательно (вероятность 1).

Именно парадокс GHZ считается лакмусом проверки квантовой теории, так как он демонстрирует конфликт в самой структуре логических утверждений. Физики десятилетиями искали самую компактную форму этого парадокса. Чем меньше контекстов (наборов совместимых измерений) требуется для выявления противоречия, тем фундаментальнее нарушение и тем ценнее такая система как ресурс для квантовых вычислений.

Предыдущий теоретический минимум составлял четыре контекста. Авторы новой работы использовали теорию графов, чтобы доказать: существует класс состояний и измерений, где достаточно всего трех шагов, чтобы завести классическую логику в тупик.

Теоретическое решение: граф эксклюзивности

Для поиска минимального парадокса исследователи применили метод графов эксклюзивности. В этой математической модели события (результаты измерений) представляются вершинами графа, а линии (ребра) соединяют те события, которые не могут произойти одновременно.

Задача сводилась к поиску такой геометрической структуры, которая удовлетворяла бы набору жестких критериев:

• Граф должен быть трехцветным (что соответствует трем контекстам).
• Его характеристики (число Ловаса и число независимости) должны создавать разрыв между классическим и квантовым предсказаниями.

Перебрав множество структур, ученые обнаружили, что искомым свойствам удовлетворяет граф Перкеля. Это сложная математическая конструкция, обладающая высокой симметрией. На ее основе была построена система уравнений, где квантовая теория дает решение, а классическая — нет.

Однако теоретическое доказательство требовало экспериментальной проверки. И здесь возникла инженерная сложность: структура парадокса на основе графа Перкеля требует работы в 37-мерном гильбертовом пространстве. Для сравнения: привычные кубиты живут в двумерном пространстве (0 и 1). Чтобы реализовать 37 измерений, стандартные методы создания многочастичных запутанных состояний не подходят — они слишком шумные и нестабильные.

Инженерное решение: оптический процессор во временной области

Вместо того чтобы пытаться запутать 37 отдельных фотонов, группа под руководством Гуан-Цан Го (Guang-Can Guo) пошла по пути временнóго мультиплексирования. Они закодировали сложное 37-мерное состояние в одном-единственном луче света, используя время прихода импульсов.

Механика эксперимента выглядит следующим образом:

1. Кодирование высокой размерности. Лазер генерирует последовательность световых импульсов. Информация содержится не в поляризации или цвете, а в том, в каком именно временном слоте находится фотон и какая у него фаза. Набор из нескольких последовательных импульсов образует единый «кудит» — квантовый объект с множеством состояний. В данном случае их было достаточно, чтобы покрыть требуемую размерность 37.

2. Операция свертки. Чтобы провести измерение, необходимо заставить разные временные компоненты состояния взаимодействовать друг с другом. Для этого инженеры создали волоконно-оптическую петлю определенной длины. Импульс света заходит в петлю, делает круг и возвращается в основной канал ровно в тот момент, когда туда подходит следующий импульс. Происходит интерференция: прошлое состояние накладывается на настоящее. С математической точки зрения это реализует операцию свертки — сложного преобразования, смешивающего амплитуды вероятностей разных компонентов квантового состояния.

3. Гомодинное детектирование. Финальный этап — считывание результата. Ученые использовали балансный гомодинный детектор. Это устройство смешивает входящий слабый сигнал с мощным опорным лазерным лучом (локальным осциллятором). Метод позволяет измерить не просто наличие фотона, а квадратуры электромагнитного поля (аналоги положения и импульса), извлекая полную информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала.

Эта установка фактически представляет собой специализированный фотонный процессор, способный выполнять матричные операции высокой размерности с исключительной точностью.

Результаты: классика опровергнута

Экспериментальные данные полностью подтвердили теоретическую модель. Физики провели серию измерений, соответствующих трем контекстам, предсказанным на основе графа Перкеля.

Результат был однозначным:

• Согласно любой неконтекстуальной теории скрытых параметров (классический реализм), вероятность наблюдаемой комбинации событий должна быть равна нулю.
• Квантовая теория предсказывала вероятность, близкую к единице.
• Реальные измерения показали практически полное совпадение с квантовым прогнозом. Статистическая значимость нарушения классического предела превысила 8 стандартных отклонений, что в физике частиц считается гарантированным открытием (стандартом является 5 отклонений).

Также эксперимент показал, что созданная система обладает высокой точностью управления: ошибки фазы при обработке 37-мерного состояния не превышали нескольких градусов, что критически важно для надежности результата.

Значение для науки и технологий

Публикация в Science Advances фиксирует новый стандарт в понимании квантовых основ реальности.

1. Фундаментальный предел. Работа ставит точку в споре о минимальной сложности парадокса GHZ. Мы теперь знаем, что «число три» является константой для этого типа квантовых корреляций. Это углубляет понимание того, как именно квантовая механика расходится с классической интуицией. Сложнее структуру делать можно, проще — запрещено законами математики.

2. Ресурс для квантовых вычислений. Контекстуальность в современной квантовой информатике рассматривается не просто как вычислительный ресурс. Именно она позволяет квантовым компьютерам решать задачи быстрее классических. Нахождение минимальной формы парадокса GHZ означает, что мы нашли наиболее концентрированную форму этого ресурса. Это может привести к созданию более эффективных алгоритмов коррекции ошибок и протоколов квантовой криптографии.

3. Новая архитектура процессоров. Экспериментальная часть работы не менее важна, чем теоретическая. Ученые показали, что сложные многомерные вычисления можно проводить без создания громоздких чипов с тысячами элементов. Использование временнóго кодирования и волоконных петель позволяет обрабатывать огромные массивы квантовых данных, используя стандартное телекоммуникационное оборудование. Это открывает путь к созданию масштабируемых фотонных квантовых симуляторов, работающих при комнатной температуре.

В сухом остатке исследование USTC демонстрирует: наш мир не просто странный, он странный максимально эффективным способом. Реальность отказывается подчиняться правилам классической логики, и для доказательства этого ей требуется всего три шага.

Источник: Science Advances

[ArefievPV]

Квантовая гравитация без парадоксов: как пятое измерение мирит теорию относительности и кванты
https://www.ixbt.com/live/science/kvantovaya-gravitaciya-bez-paradoksov-kak-pyatoe-izmerenie-mirit-teoriyu-otnositelnosti-i-kvanty.html

В современной физике существует две концептуально разные теории. С одной стороны, существует Общая теория относительности, которая описывает гравитацию как геометрию пространства-времени. Это теория непрерывная, детерминированная и блестяще работающая на макроскопических масштабах — от орбит планет до динамики галактик. С другой стороны, квантовая механика описывает поведение материи на микроуровне, оперируя вероятностями, дискретными величинами и принципиальной неопределенностью.

Математические языки этих двух теорий конфликтуют. В теории относительности пространство гладкое, как полотно. В квантовой механике на малых масштабах царит хаос флуктуаций. Попытки механически объединить их приводят к уравнениям, выдающим бесконечные значения, лишенные физического смысла. Долгие годы рабочим вариантом считалась идея квантования гравитации — попытка разбить пространство на минимальные ячейки и подчинить его вероятностным законам.

Филип Струббе из Гентского университета в своей работе, опубликованной в Scientific Reports, предлагает другой путь. Вместо того чтобы вносить квантовую неопределенность в гравитацию, он предлагает объяснить квантовые эффекты через строгие классические процессы в пространстве большей размерности. Его модель ставит вопрос: возможно ли, что наблюдаемая нами квантовая случайность — это лишь проекция закономерных процессов, скрытых в пятом измерении?

Концепция «4D плюс тау»: эволюционирующее пространство

Главная идея новой теории — введение дополнительного параметра эволюции, который автор называет «тау». Чтобы понять суть, необходимо пересмотреть привычное восприятие времени.

В классической физике мы живем в четырехмерном пространстве-времени (три измерения пространства плюс одно измерение времени). Обычно физики рассматривают эту конструкцию как статичный блок, где прошлое, настоящее и будущее существуют одновременно. Струббе предлагает динамическую модель: само четырехмерное пространство-время не статично, оно эволюционирует под воздействием внешнего параметра тау.

Здесь важно различать два типа времени:

• Координатное время: это то время, которое мы измеряем часами внутри нашей Вселенной. Оно выстраивает события в хронологическую цепь.
• Эволюционное время (тау): это параметр процесса, в ходе которого формируется сама геометрия пространства и траектории частиц.

Согласно этой гипотезе, физическая реальность не существует как данность. Она постоянно вычисляется или формируется. Материя и пространство стремятся к состоянию равновесия, проходя процесс релаксации. То, что мы наблюдаем как законы физики, является результатом завершения этого процесса уравновешивания.

Механизм формирования реальности

Теория вводит понятие «фронта кристаллизации». Вообразим движущуюся границу, которая разделяет пространство-время на две фундаментально разные зоны.
Позади этого фронта лежит «закристаллизованное прошлое». В этой области процесс эволюции по параметру тау завершен. Значения полей, положение масс и геометрия пространства зафиксированы. Это и есть та объективная реальность, которую мы наблюдаем.

Впереди фронта находится «формирующееся будущее». Здесь материя и пространство еще не пришли в равновесие. В этой зоне траектории частиц (мировые линии) еще не определены окончательно. Они могут меняться, перестраиваться и взаимодействовать друг с другом под влиянием термодинамических сил, стремясь занять энергетически выгодное положение.

Наблюдатель в этой модели всегда находится на гребне фронта кристаллизации. Именно движение этого фронта мы субъективно воспринимаем как течение времени. Это дает объяснение «стреле времени»: она всегда направлена от зафиксированного прошлого к неопределенному будущему, так как процесс кристаллизации необратим.

Гравитация как состояние равновесия

Любая новая теория обязана воспроизводить результаты, уже проверенные экспериментально. Модель Струббе показывает, что классическая гравитация возникает естественным образом, когда система достигает равновесия.

В зоне формирования будущего материя и геометрия пространства взаимно влияют друг на друга. Уравнения релаксации, предложенные автором, демонстрируют, что когда изменения по параметру тау прекращаются (система успокаивается), геометрия пространства в точности соответствует известным законам:

• В пределе слабых полей восстанавливается закон всемирного тяготения Ньютона.
• В более сложных условиях, учитывающих релятивистские эффекты, структура пространства описывается уравнениями Эйнштейна.

Таким образом, Общая теория относительности в рамках данного подхода перестает быть фундаментальным постулатом. Она оказывается описанием стабильного, равновесного состояния пятимерной системы.

Детерминизм против квантовой случайности

Наиболее смелая часть работы касается переосмысления квантовой механики. Струббе утверждает, что вероятностная природа микромира — это иллюзия, возникающая из-за ограниченности нашего восприятия. Мы видим только результат (закристаллизованную реальность), но не видим процесса борьбы траекторий, происходящего в пятом измерении.

Природа частиц и интерференция

В стандартной квантовой теории частица описывается как волна вероятности. В новой модели частица рассматривается как пучок множества мировых линий. В знаменитом эксперименте с двумя щелями этот пучок проходит через препятствие. В зоне формирования будущего (до момента фиксации на экране) линии в пучке взаимодействуют друг с другом, подчиняясь энтропийным законам. Это коллективное взаимодействие создает структуру, идентичную волновой интерференции.

Однако, в отличие от абстрактной «волны вероятности», в этом пучке только одна мировая линия несет реальную массу и энергию. Остальные линии служат своего рода направляющими. В момент «кристаллизации» (измерения) система коллапсирует к одной конкретной траектории. Вероятность того, где именно окажется частица, строго детерминирована плотностью пучка. Это воспроизводит математику квантовой механики, но возвращает физике объективность: частица всегда находится в конкретном месте, просто процесс выбора ее пути скрыт в эволюционном времени.

Объяснение квантовой запутанности

Феномен запутанности, когда измерение одной частицы мгновенно влияет на другую на огромном расстоянии, традиционно считается нарушением локальности (принципа, что взаимодействия не могут распространяться быстрее света).

Модель «4D плюс тау» предлагает решение без мистики. Связь между частицами осуществляется не мгновенно через пространство, а «зигзагом» через пятое измерение. Информация передается вдоль мировых линий: назад в прошлое к моменту рождения пары частиц, а затем вперед к моменту измерения второй частицы. Весь этот процесс обмена информацией происходит в эволюционном времени тау до того, как событие станет частью нашей реальности. Для наблюдателя в четырехмерном мире это выглядит как мгновенная корреляция, но с точки зрения пятимерной геометрии принцип локальности и причинности строго соблюдается.

Проверяемость и экспериментальные предсказания

Главное достоинство теории Струббе в том, что она не является чисто философской конструкцией. Она делает конкретные предсказания, которые отличаются от предсказаний стандартной квантовой механики.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно узнать траекторию частицы, не разрушив интерференционную картину. Наблюдение неизбежно меняет состояние системы. В модели Струббе гравитация — это классическое поле, привязанное к конкретной траектории, несущей массу.

Это открывает теоретическую возможность измерить гравитационное поле частицы и узнать, через какую щель она прошла, не разрушая при этом сложную структуру пучка направляющих линий, создающих интерференцию. Если экспериментаторы смогут получить информацию о пути частицы исключительно через гравитационные измерения, сохранив при этом волновую картину на экране, это станет прямым опровержением ортодоксальной квантовой механики.

Кроме того, модель предсказывает отсутствие гравитационно индуцированной запутанности. Если поместить массу в состояние суперпозиции (согласно квантовой теории), ее гравитационное поле тоже должно быть в суперпозиции и запутывать пробные массы рядом. Модель Струббе утверждает обратное: гравитационное поле всегда определено однозначно, так как связано с единственной реальной мировой линией. Эксперименты такого рода уже готовятся в ведущих лабораториях мира.

Заключение

Работа Филипа Струббе возвращает нас к мечте Эйнштейна: увидеть Вселенную как логичную, причинно-обусловленную систему, где «Бог не играет в кости». Предложенный фреймворк устраняет необходимость в параллельных вселенных или особой роли сознания наблюдателя.

Вместо этого нам предлагается картина мира как растущего кристалла, где будущее непрерывно формируется из хаоса возможностей в строгом соответствии с классическими законами термодинамики и геометрии. Квантовая странность оказывается лишь следствием этих скрытых процессов. Если будущие гравитационные эксперименты на микромасштабах подтвердят эту гипотезу, это станет самым значительным пересмотром физической картины мира за последние сто лет.

Источник: Scientific Reports

P.S. Складывается впечатление, что проблемы и нестыковки пытаются вынести в пятое измерение. Это, на мой взгляд, не очень похоже на окончательное решение, это больше похоже на перекладывание проблем (аналогичное тому, как многие сегодня любят решение проблемы сознания валить на квантовый уровень). Ведь потом могут вылезти непонятки уже в пятом измерении, и придётся вводить шестое измерение и «тау-2»...

[ArefievPV]

Существует 17 возможных форм реальности: почему Вселенная может быть конечной, но безграничной
https://www.ixbt.com/live/science/suschestvuet-17-vozmozhnyh-form-realnosti-pochemu-vselennaya-mozhet-byt-konechnoy-no-bezgranichnoy.html

Современная космология считает что наша Вселенная плоская и бесконечная. Эта модель, подкрепленная данными наблюдений реликтового излучения, является стандартной. Однако она опирается на важное допущение, которое редко подвергается критическому анализу за пределами узкого круга специалистов. Речь идет о различии между геометрией и топологией. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна описывает локальную геометрию — то, как пространство искривляется под воздействием массы и энергии. Но уравнения Эйнштейна ничего не говорят о топологии — глобальной структуре и связности пространства.

Новое исследование международной коллаборации физиков COMPACT, опубликованное в журнале Physical Review Letters, ставит под сомнение устоявшееся мнение о том, что отсутствие видимых повторений на небе гарантирует бесконечность Вселенной. Авторы утверждают: пространство может быть замкнутым и иметь сложную форму, а мы просто не обладали достаточными вычислительными инструментами, чтобы это обнаружить.

Геометрия против топологии

Сначала нужно разграничить два понятия. Геометрия определяет локальные свойства пространства: сумму углов треугольника или поведение параллельных прямых. Наблюдения миссии Planck показывают, что плотность материи и энергии во Вселенной близка к критической, что делает пространство «плоским» (евклидовым) с высокой точностью.

Топология же определяет глобальные связи пространства. Плоское пространство не обязано быть бесконечным. Оно может быть замкнутым на само себя, образуя так называемое многосвязное многообразие. В таком пространстве наблюдатель, двигаясь по прямой линии, в конечном итоге вернется в исходную точку, не меняя направления. Конечный объем такого пространства определяется его «фундаментальной областью» — базовым блоком, который повторяется во всех направлениях, образуя видимую нами Вселенную.

Долгое время считалось, что если бы Вселенная была замкнутой и сравнительно небольшой, мы бы уже заметили это. Основным методом поиска были «парные круги» на карте реликтового излучения (CMB).

Ограниченность метода «парных кругов»

Реликтовое излучение — это свет, испущенный горячей плазмой через 380 000 лет после Большого взрыва. Мы наблюдаем его как сферу последнего рассеяния, окружающую нас со всех сторон. Если фундаментальная область Вселенной меньше диаметра этой сферы, то сфера должна пересекать саму себя. В точках пересечения на небе должны появляться идентичные кольцевые узоры температурных флуктуаций — одни и те же области пространства, видимые с разных сторон.

Поскольку такие круги не были обнаружены, космологи сделали вывод: размер фундаментальной области Вселенной превышает диаметр наблюдаемого горизонта (примерно 93 миллиарда световых лет). Следовательно, топология тривиальна, либо масштаб повторяемости настолько велик, что не имеет физического значения.

Авторы новой работы доказывают, что этот вывод является следствием ошибки выжившего. Поиски велись в предположении простейшей топологии — трехмерного тора, где противоположные грани фундаментального куба просто склеены друг с другом. Однако математическая классификация трехмерных евклидовых многообразий гораздо богаче.

17 форм плоского пространства

Существует 17 различных типов плоских трехмерных многообразий. Простой трехмерный тор (тип E1) — лишь один из них. Остальные включают в себя сложные граничные условия: при пересечении границы фундаментальной области пространство может не просто замыкаться, но и поворачиваться.

Такие топологии называют многообразиями со «штопорным движением». Например, в топологиях класса E2 или E3 выход через одну грань возвращает наблюдателя с поворотом на 180 или 90 градусов. Существуют также неориентируемые многообразия (аналоги ленты Мебиуса, но в трех измерениях), где при возвращении в исходную точку правое и левое меняются местами.

Исследование показало, что стандартный поиск парных кругов неэффективен для многих из этих сложных форм. В зависимости от положения наблюдателя внутри фундаментальной области и параметров вращения пространства, парные круги могут либо отсутствовать вовсе, либо быть геометрически искаженными настолько, что стандартные алгоритмы их не распознают. Следовательно, отсутствие найденных кругов не доказывает отсутствие сложной топологии.

Статистическая анизотропия как индикатор

Главный прорыв работы COMPACT заключается в предложении нового метода детектирования, не зависящего от поиска прямых повторений изображения. Физики обратились к анализу статистических свойств самого реликтового излучения.

В бесконечной изотропной Вселенной флуктуации температуры реликтового излучения распределены случайно и равномерно. Спектр этих флуктуаций описывается набором независимых гармоник. Однако в замкнутом пространстве на волновые функции полей накладываются жесткие граничные условия. Длины волн, превышающие размер фундаментальной области, просто не могут существовать, а остальные волны вынуждены подчиняться симметрии пространства.

Это приводит к нарушению статистической изотропии. Возникают корреляции между различными модами колебаний, которые в бесконечной Вселенной были бы независимы. Пространство начинает резонировать на определенных частотах, определяемых его формой.

Авторы использовали меру информационной емкости — дивергенцию Кульбака — Лейблера, — чтобы рассчитать, насколько статистика флуктуаций в сложной топологии отличается от стандартной модели. Результаты показали, что специфические корреляции («отпечатки топологии») сохраняются в данных даже тогда, когда размер фундаментальной области превышает горизонт наблюдений. То есть, даже если мы не видим повторяющихся галактик, структура пространства все равно искажает статистическое распределение реликтового излучения.

Решение проблемы космологических аномалий

Новая теория предлагает объяснение ряда наблюдаемых аномалий, которые долгое время ставили космологов в тупик.

На крупномасштабных картах реликтового излучения наблюдается дефицит флуктуаций на самых больших угловых масштабах. В стандартной инфляционной модели, предполагающей бесконечную Вселенную, такие флуктуации должны присутствовать. Если же Вселенная конечна, отсутствие длинных волн становится естественным следствием физических ограничений: волна не может быть длиннее самого пространства, в котором она распространяется.

Кроме того, наблюдается определенная асимметрия в распределении температур между полушариями небесной сферы и нарушение четности. Эти эффекты, часто списываемые на случайные выбросы или ошибки обработки данных, в рамках топологической модели получают физическое обоснование. Сложные топологии (особенно винтовые и неориентируемые) естественным образом порождают именно такие нарушения симметрии.

Вычислительные перспективы

Почему такой анализ не был проведен ранее? Проблема кроется в вычислительной сложности. Пространство параметров огромно: необходимо проверить 17 типов многообразий, для каждого из которых существуют непрерывные параметры размеров и углов деформации фундаментальной области, а также неизвестное положение наблюдателя и его ориентация относительно осей симметрии.

Прямой расчет функции правдоподобия для каждого варианта требует огромных ресурсов. Для решения этой задачи коллаборация предлагает использовать методы машинного обучения и так называемый «вывод без вычисления правдоподобия». Это позволит обучить нейросети распознавать специфические паттерны корреляций, свойственные разным топологиям, без необходимости прямого перебора всех возможных комбинаций.

Значение открытия

Работа коллаборации COMPACT переводит вопрос о конечности Вселенной в плоскость проверяемой физической теории. Если наша Вселенная действительно обладает сложной топологией, это будет иметь большие последствия для физики.

Во-первых, это даст независимое подтверждение теории космической инфляции и наложит ограничения на физику ранней Вселенной. Топология пространства закладывается в первые мгновения после Большого взрыва, и ее сохранение до наших дней свидетельствует о конкретных свойствах квантовых полей той эпохи.

Во-вторых, это изменит наше понимание космологического горизонта. Мы привыкли считать, что видим лишь малую часть бесконечного объема. Возможно, мы видим почти весь объем, просто он многократно свернут и структурирован сложнее, чем позволяет представить наша интуиция, воспитанная на евклидовой геометрии.

Обнаружение топологического сигнала в будущих данных (например, в наблюдениях за крупномасштабной структурой галактик) станет одним из крупнейших открытий в истории физики, доказав, что наш мир — это конечная, замкнутая система с уникальной формой.

Источник: Physical Review Letters

P.S. Если я правильно понимаю, то все эти 3-мерные пространственные формы с различной топологией подразумевают наличие, как минимум, 4-мерного пространства, в котором они могут быть реализованы. Это как двумерная лента Мёбиуса – реализацию такой топологии мы видим в 3-мерном пространстве, но эту топологию ведь не получится реализовать в 2-мерном пространстве (2-мерная лента Мёбиуса замыкается-то в 3-мерном пространстве).

Получается, что вопрос наличия пространства более высокого порядка исследователями даже не поднимался? Но ведь судить о конечности или бесконечности Вселенной, не учитывая пространства более высокого порядка, некорректно – 4-мерное пространство по определению должно входить в понятие Вселенная (и оно может оказаться бесконечным).

Это я ещё про топологию 4-мерного пространства не говорю, для реализации возможных топологических форм которого потребуется наличие уже 5-мерного пространства. И этот ряд рассуждений можно продолжить...

[ArefievPV]

За пределом скорости света время становится трехмерным: как гипотеза о многомерном времени устраняет конфликт Эйнштейна и квантовой физики
https://www.ixbt.com/live/science/za-predelom-skorosti-sveta-vremya-stanovitsya-trehmernym-kak-gipoteza-o-mnogomernom-vremeni-ustranyaet-konflikt-eynshteyna-i-kvantovoy-fiziki.html

Скорость света в современной физике играет роль своеобразного цензора. Она разделяет реальность на наблюдаемую, где действуют жесткие законы причинности и классической механики, и «запретную» — сверхсветовую, которую принято считать областью математических сингулярностей и временных парадоксов. Однако этот барьер может быть искусственным.

Группа физиков-теоретиков из университетов Варшавы и Оксфорда выдвинула гипотезу, способную устранить вековой разрыв между теорией Эйнштейна и квантовой механикой. Их расчеты показывают: если допустить существование сверхсветовых систем отсчета, классическая физика не разрушается. Она неизбежно трансформируется в полевую, вероятностную структуру. То, что мы привыкли считать загадочными свойствами квантового мира, оказывается прямым следствием геометрии пространства-времени, если рассматривать её без ограничений скорости.

Фундаментальная симметрия и предел скорости

Классическая интерпретация Специальной теории относительности (СТО) строится на постулате о постоянстве скорости света (c) и причинности. Считается, что движение быстрее света невозможно, так как это приводит к нарушению причинно-следственных связей (следствие может опередить причину). Пространство-время в этой модели разделено на две изолированные области: досветовую, где существуют обычные частицы, и сверхсветовую, которая обычно отбрасывается как нефизическая.

Авторы работы рассматривают принцип относительности Галилея — утверждение, что законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, — как абсолютный, не делая исключений для сверхсветовых скоростей. Их цель — построить математически строгую модель, описывающую, как выглядит Вселенная с точки зрения наблюдателя, движущегося быстрее света, и как эти наблюдения соотносятся с нашими.

Основным инструментом здесь становятся преобразования Лоренца. В стандартной физике при скорости v > c под корнем в формулах появляется отрицательное число, что делает результат мнимым и физически бессмысленным в рамках классической парадигмы. Однако исследователи показывают, что в пространстве-времени размерности 1+3 (одно временное измерение и три пространственных) эти преобразования имеют реальный физический смысл, если корректно интерпретировать изменение геометрии пространства.

Инверсия метрики: пространство становится временем

Главный вывод кинематической части работы заключается в том, что при переходе через световой барьер происходит инверсия сигнатуры метрики.

В нашей привычной (досветовой) системе отсчета событие характеризуется тремя пространственными координатами (x, y, z) и одной временной (t). Но для сверхсветового наблюдателя, согласно полученным уравнениям, структура реальности меняется на противоположную. То, что мы называем пространственными измерениями, для него приобретает свойства времени. А наше временное измерение для него становится пространственным.

Следовательно, сверхсветовой наблюдатель существует в мире размерности 3+1: три временных измерения и одно пространственное. Это математическое требование для сохранения постоянства скорости света в новой системе координат. Световой конус — граница, определяющая причинную связь событий, — сохраняется, но разворачивается в пространстве-времени иначе.

Именно наличие нескольких временных измерений в системе отсчета сверхсветового наблюдателя приводит к краху классической механики и рождению квантовой.

От детерминизма к полю

В классической механике фундаментальным понятием является точечная частица. Она движется по определенной траектории — мировой линии. В каждый момент времени частица находится в конкретной точке пространства.

Однако в системе отсчета с тремя временными измерениями понятие «точечной частицы» теряет физический смысл. Если объект движется в трехмерном времени, он не может быть локализован в одной точке привычного нам пространства.

Авторы математически демонстрируют, что объект, являющийся точечным для сверхсветового наблюдателя, для нас (досветовых наблюдателей) неизбежно воспринимается как структура, распределенная в пространстве. Мы не можем зафиксировать его в конкретной координате, так как он эволюционирует сразу по нескольким временным направлениям ортогонального нам мира.

Таким образом, происходит смена парадигмы описания материи. Вместо дискретных частиц с четкими траекториями физика вынуждена оперировать полями — непрерывными величинами, заданными во всем пространстве. Это важный момент: полевая природа материи не постулируется извне, а выводится из геометрии.

Модификация принципа наименьшего действия

Доказательством работы является пересмотр принципа наименьшего действия. В классической физике движение любой системы определяется таким образом, чтобы минимизировать величину, называемую «действием». Обычно действие рассчитывается как интеграл вдоль единственной линии — траектории частицы во времени.

Но поскольку для сверхсветового наблюдателя время трехмерно, интегрирование вдоль линии становится математически невозможным. Необходимо интегрировать по объему трехмерного времени. Когда мы переводим этот интеграл обратно на язык нашей досветовой системы отсчета, мы получаем математическое выражение, которое описывает не механику одиночной частицы, а динамику поля.

Уравнения движения, выведенные авторами из этого расширенного принципа действия, совпадают с уравнениями теории поля. То, что выглядело как движение материальной точки в сверхсветовой системе, в нашей системе проявляется как распространение волны.

Полевая природа материи (основа квантовой физики) является прямым следствием геометрии пространства-времени Минковского, если не накладывать искусственных ограничений на скорость наблюдателя.


Разделение пространства-времени Минковского относительно события (наблюдателя) на четыре зоны: Light cone — Световой конус. Граница, разделяющая «доступный» нам мир и сверхсветовую область. Causal future (также Absolute future) — Причинное будущее. Область, на которую наблюдатель может повлиять (все, что произойдет после). Causal past (также Absolute past) — Причинное прошлое. Область, которая могла повлиять на наблюдателя (все, что случилось до). Elsewhere — Абсолютно удаленная область. Это зона за пределами светового конуса. Именно здесь, согласно нашей статье, находятся сверхсветовые наблюдатели и здесь время становится трехмерным.
Автор: Stib Источник: commons.wikimedia.org

Квантовая неопределенность как релятивистский эффект

Одним из самых контринтуитивных аспектов квантовой механики является принцип суперпозиции — способность частицы двигаться по всем возможным траекториям одновременно. В квантовой физике это описывается через интеграл по траекториям Ричарда Фейнмана.

В предложенной теории это явление получает чисто геометрическое объяснение. Поскольку в сверхсветовой системе отсчета существует три временных измерения, эволюция системы не ограничена одной линейной последовательностью событий «прошлое — будущее». Процесс, который для нас выглядит как одновременное существование частицы в разных состояниях, является проекцией сложного многомерного временного движения на наше одномерное время.

Детерминизм исчезает не потому, что природа случайна на фундаментальном уровне, а потому, что мы наблюдаем лишь срез более сложной геометрической структуры. Полная информация о системе распределена по измерениям, которые мы воспринимаем как пространственные, но которые ведут себя как временные для сверхсветовой части реальности.

Проверка на электродинамике Максвелла

Любая новая теоретическая конструкция должна быть совместима с уже проверенными законами физики. Исследователи протестировали свой подход на уравнениях Максвелла — фундаменте классической электродинамики.

При применении «сверхсветового преобразования» к электромагнитному полю уравнения сохраняют свою ковариантность, то есть форму записи. Однако физический смысл компонентов меняется. Электрическое поле в одной системе отсчета трансформируется в магнитное в другой, и наоборот, при этом сохраняется общая структура взаимодействий. Это доказывает, что теория не противоречит классической электродинамике.

Более того, теория естественно объясняет феномен античастиц. В современной Стандартной модели античастица математически эквивалентна частице, движущейся назад во времени. В модели Драгана-Экерта это перестает быть просто удобным математическим приемом. Поскольку временных измерений несколько, движение «против» одной из временных осей становится допустимым кинематическим состоянием. То, что сверхсветовой наблюдатель видит как обычную частицу, мы можем воспринимать как античастицу из-за различий в ориентации временных векторов.

Значение для физики

Работа Драгана, Экерта и их коллег предлагает смену вектора в поиске «Новой физики». Вместо усложнения квантовой теории для включения в нее гравитации, они предлагают пересмотреть основы теории относительности.

Их выводы можно резюмировать в трех пунктах:

• Причинность сохраняется, но само определение причинности должно быть расширено с учетом многомерности времени в разных системах отсчета. Световой барьер не является абсолютной стеной, а скорее горизонтом событий для разных классов наблюдателей.
• Квантование полей возникает автоматически. Оно не требует введения постулатов специально для данного случая. Полевая структура материи появляется при требовании полной лоренц-инвариантности теории, включающей сверхсветовые скорости.
• Единство физики. Разделение на классическую (детерминированную) и квантовую (вероятностную) физику искусственно. Это одна и та же теория, видимая из разных кинематических режимов.

Если эта гипотеза подтвердится дальнейшими исследованиями, она решит одну из главных проблем физики: проблему интерпретации квантовой механики. Странности квантового мира перестанут быть необъяснимыми свойствами материи и станут понятными следствиями относительности наблюдения в четырехмерном пространстве-времени. Квантовая теория поля, таким образом, оказывается не внешним дополнением к теории Эйнштейна, а ее глубочайшей, скрытой частью.

Источник: Classical and Quantum Gravity

[ArefievPV]

Физики обнаружили считавшееся невозможным состояние материи
https://naked-science.ru/article/physics/fiziki-obnaruzhili-schita
Ученые доказали существование топологических состояний материи там, где ранее это считалось невозможным из-за разрушения привычных свойств частиц. Оказалось, даже в условиях квантового хаоса могут спонтанно возникать структуры, устойчивые к внешним возмущениям. Для этого пришлось пересмотреть фундаментальное определение топологии, отделив его от классического поведения электронов.

Квантовая физика давно приучила нас к тому, что частицы ведут себя как волны. Тем не менее во многих ситуациях физики продолжают использовать классическое представление об электронах как о частицах, летящих сквозь материал. Это упрощение отлично работало при описании электрического тока и даже легло в основу теории топологических изоляторов, за открытие которых в 2016 году вручили Нобелевскую премию. Топологические состояния характеризуются особой геометрической устойчивостью: их свойства нельзя изменить мелкими деформациями.

Однако существует особый класс квантовых материалов, где классическая картина рушится окончательно. В них электроны взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что теряют привычные свойства частиц: у них пропадают четко определенная скорость и положение. Долгое время считалось, что в таких условиях топологические эффекты существовать не могут.

Группа исследователей опровергла это заблуждение. Результаты работы они опубликовали в журнале Nature Physics.

Физики экспериментировали с соединением церия, рутения и олова CeRu₄Sn₆. При охлаждении почти до абсолютного нуля этот материал переходит в так называемое квантовое критическое состояние, начиная непрерывно флуктуировать между двумя фазами. В этом режиме электроны окончательно теряют индивидуальные свойства, превращаясь в единую пульсирующую квантовую среду.

Вопреки всем ожиданиям, именно в точке самых сильных флуктуаций приборы зафиксировали мощный спонтанный эффект Холла. Обычно этот эффект возникает под действием внешнего магнитного поля, искривляющего траектории электронов. Но в данном случае никакого магнита рядом не было: электроны поворачивали сами, повинуясь внутренней геометрии материала. Более того, как только ученые подавляли квантовые флуктуации давлением или магнитным полем, эффект исчезал.

Теоретическую поддержку эксперименту оказали коллеги-физики из США, разработавшие модель для объяснения феномена. Они доказали, что топология может рождаться прямо из хаоса квантовой критичности, даже когда исчезают привычные квазичастицы. Устойчивые свойства возникают на более глубоком математическом уровне: симметрия системы заставляет энергетические спектры пересекаться определенным образом, создавая структуру поверх квантового шума.

Работа физиков открывает новый способ поиска экзотических материалов. Теперь ученые знают, что квантовая критичность — не помеха, а катализатор для возникновения топологических фаз. Открытие может привести к созданию принципиально новой электроники, где током управляют не магнитные поля, а внутренняя геометрия вещества, устойчивая к помехам и дефектам.

P.S. На мой взгляд, более корректно будет: не «в условиях квантового хаоса», а  «поверх квантового хаоса», поскольку на самом квантовом уровне (а это как раз и есть «в условиях квантового хаоса») ещё не существует никаких структур, структуры начинают появляться/возникать именно при «подъёме» с квантового уровня на уровень классической физики.

[ArefievPV]

К сообщению:

Физики создали видимые человеку кристаллы времени
https://naked-science.ru/article/physics/visible-temporal-crystall
Ученые впервые смогли создать видимый в оптическом диапазоне темпоральный кристалл. Для этого они использовали жидкие кристаллы.

Физики создали первый двумерный кристалл времени на квантовом компьютере
https://naked-science.ru/article/physics/dvumerniy-kristall-vremen
Исследователи доказали реальность двумерных дискретных кристаллов времени, которые ранее существовали лишь в теории. Для эксперимента использовали мощный квантовый процессор, позволивший материи поддерживать ритм колебаний без потери энергии.

Обычные кристаллы, например алмаз или крупинка соли, имеют структуру, которая повторяется в пространстве. Их атомы выстраиваются в строгую решетку. Кристаллы времени ведут себя иначе: их структура повторяется не в пространстве, а во времени. Частицы в таком объекте постоянно переключаются между состояниями и возвращаются в исходную точку через равные промежутки. Это происходит без потребления энергии, что нарушает привычные законы равновесия.

Такую систему можно сравнить с желе, которое дрожит вечно, даже если его никто не трогает. В физике это называют спонтанным нарушением временной трансляционной симметрии. Ключевая особенность подобных кристаллов — они сопротивляются переходу в состояние покоя (термализации), к которому стремится любая обычная материя.

Ранее ученые создавали такие кристаллы только в одномерном варианте. Это были простые цепочки частиц. Сделать двумерный кристалл, то есть плоский слой, оказалось намного сложнее. Чем больше измерений имеет система, тем легче она разрушается и превращается в хаос. До сих пор ученые сомневались, сможет ли упорядоченная пульсация сохраниться на плоскости.

Физики объединили возможности новейшего оборудования и сложные методы вычислений, чтобы создать такой двухмерный временной кристалл. Результаты опубликовали в журнале Nature Communications.

Исследователи использовали процессор компании IBM под названием Heron r2. Из 156 доступных кубитов задействовали 144. Их выстроили в шестиугольную решетку, напоминающую пчелиные соты.

Между частицами создали особый вид взаимодействия — анизотропную модель Гейзенберга. В ней сила связи между соседними кубитами различалась в зависимости от направления. Это создало условия, при которых система смогла сопротивляться нагреву и хаосу. Периодические внешние импульсы заставляли кубиты менять состояние, но благодаря сложной структуре связей система не распадалась, а входила в стабильный ритм.

Эксперимент продемонстрировал, что двумерная решетка действительно перешла в новое состояние. Кубиты начали колебаться с периодом, кратным частоте внешнего воздействия, что позволило наблюдать устойчивый субгармонический отклик, характерный для кристаллов времени. Ритм сохранялся долгое время, несмотря на шумы, присущие современным квантовым компьютерам.


Двумерные переходы, обусловленные спин-флип-взаимодействием: a) фазовая диаграмма кристалла времени; b) Схема экспериментальной 144-кубитной системы, круги — кубиты, линии, соединяющие их, — двухкубитные вентили; c) схема работы двухкубитных вентилей. / © Eric D. Switzer et al. / Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-025-67787-1

Для анализа фазовых переходов физики построили подробную диаграмму. Они изменяли два параметра: силу взаимодействия, переворачивающего спин, и угол периодического «удара» по кубитам. График показал четкие границы между тремя состояниями. В фазе спинового стекла система «застывала» и сохраняла локальный порядок без колебаний. В эргодической фазе наступал хаос, и квантовая информация терялась. Между этими полюсами возникала искомая фаза кристалла времени, где структура нарушала временную симметрию.

Чтобы подтвердить природу этих состояний, физики измерили квантовую информацию Фишера. Этот показатель отслеживает, как быстро растет запутанность между частицами. В хаотичной эргодической фазе запутанность увеличивалась лавинообразно. В режиме кристалла времени рост шел логарифмически медленно. Такая динамика доказала, что механизм многочастичной локализации работает даже на плоскости. Он эффективно блокировал тепловое равновесие и не давал кристаллу разрушиться.

Неожиданные результаты дала проверка начальных состояний кубитов. Стандартная конфигурация с чередующимися спинами вела себя предсказуемо. Однако полностью поляризованное состояние, где все спины направлены в одну сторону, проявило аномальную устойчивость. Оно сохраняло ритм даже при сильных возмущениях, которые должны были разрушить порядок. Ученые связали это с феноменом «квантовых шрамов» — особых траекторий, позволяющих системе избегать смешивания и тепловой смерти.

Научная работа расширила границы понимания квантовой термодинамики. Оказалось, что даже в двумерных системах с их сложными взаимодействиями можно поддерживать экзотические фазы материи. Теперь у физиков есть подтвержденный инструмент для изучения неравновесных состояний вещества на существующих квантовых процессорах.

P.S. Обратил внимание на фразу:

Ключевая особенность подобных кристаллов — они сопротивляются переходу в состояние покоя (термализации), к которому стремится любая обычная материя.

А если учесть ещё и эти фразы:

Кристаллы времени ведут себя иначе: их структура повторяется не в пространстве, а во времени.

Это происходит без потребления энергии, что нарушает привычные законы равновесия.

То вообще интересные идеи начинают приходить в голову...

[ArefievPV]

Как физики «вызвали демона»: экспериментально доказано существование безмассового плазмона
https://www.ixbt.com/live/science/kak-fiziki-vyzvali-demona-eksperimentalno-dokazano-suschestvovanie-bezmassovogo-plazmona.html

В 1956 году американский физик-теоретик Дэвид Пайнс опубликовал расчеты, описывающие ранее неизвестное состояние внутри кристаллических решеток определенных металлов. Он математически обосновал, что при строгом соблюдении ряда условий в материале должно возникать специфическое коллективное колебание электронов. Главная особенность этого колебания заключалась в том, что оно не имеет электрического заряда, не требует значительной энергии для формирования и никак не взаимодействует со светом. Сам Пайнс назвал это явление «демоном».

На протяжении 67 лет это предсказание оставалось исключительно теоретическим конструктом. Из-за отсутствия у предсказанного явления базовых физических свойств, на которые реагируют стандартные лабораторные приборы, его невозможно было зафиксировать. Ситуация изменилась только недавно. Исследовательская группа из Иллинойсского университета, применив специализированный метод электронной спектроскопии, впервые смогла обнаружить и измерить это состояние в кристаллах рутената стронция (Sr₂RuO₄). Данное открытие не только подтверждает старую физическую теорию, но и предоставляет науке новый механизм для изучения высокотемпературной сверхпроводимости.

Физика металлов и природа стандартных плазмонов

В металлах часть электронов не привязана к конкретным атомам и может свободно перемещаться по всему объему материала. Когда это множество частиц получает внешний импульс, в их распределении возникают колебания плотности — участки сгущения и разрежения. Физики называют такие коллективные волны плазмонами.

Формирование обычного плазмона требует огромных затрат энергии. Причина кроется в базовых законах физики: электроны обладают отрицательным зарядом. Одноименные заряды всегда отталкиваются друг от друга. Это явление называется кулоновским взаимодействием. Если вы попытаетесь сжать электроны вместе, чтобы создать волну плотности, они ответят мощным сопротивлением. Поэтому в классических металлах, таких как медь или алюминий, плазмоны формируются только при воздействии высокой энергии — порядка 15-20 электронвольт. В состоянии покоя или при малых энергиях таких волн не возникает.

Суть предсказания: как возникает нейтральная волна

Дэвид Пайнс изучал более сложные системы — многозонные металлы. В таких материалах электроны не представляют собой однородную массу. Они распределены по разным энергетическим уровням (зонам) и обладают существенно разными характеристиками, в первую очередь — разной скоростью движения.

Пайнс рассчитал сценарий, при котором коллективное колебание возникает не во всей массе электронов сразу, а разделяется между разными группами. Если электроны одной энергетической зоны начинают смещаться в определенном направлении, а электроны другой зоны синхронно смещаются в строго противоположном направлении (то есть двигаются в противофазе), происходит уникальный физический эффект.

Избыток отрицательного заряда, создаваемый первой группой электронов в конкретной точке, мгновенно компенсируется оттоком электронов второй группы из этой же точки. В результате суммарная локальная плотность электрического заряда остается нулевой. Раз нет изменения плотности заряда, кулоновское отталкивание не возникает.

Так как частицам не нужно преодолевать сопротивление друг друга, энергия, необходимая для запуска такой волны, стремится к нулю. Это низкоэнергетическое, электрически нейтральное колебание Пайнс и назвал «демоном».


a, Поверхность Ферми, показывающая три разные группы электронов: α, β и γ.
b, Иллюстрация механики «демона» в Sr₂RuO₄: колебание электронов в зонах γ и β происходит таким образом, что их суммарная плотность в кристалле остается неизменной.
Автор: Husain, A.A., Huang, E.W., Mitrano, M. et al. Источник: www.nature.com

Проблема обнаружения и метод электронной спектроскопии

Именно отсутствие электрического заряда сделало это колебание невидимым для науки на долгие десятилетия. Физика твердого тела исторически опирается на оптические методы исследования. Ученые направляют на материал свет (электромагнитные волны) и анализируют, как он поглощается или отражается. Но свет взаимодействует только с заряженными частицами или структурами, имеющими электрический дипольный момент. Поскольку при движении электронов в противофазе суммарный заряд равен нулю, свет проходит сквозь материал, никак не фиксируя это внутреннее колебание.

Чтобы обойти это ограничение, исследователи из Иллинойсского университета отказались от оптики. Они применили метод спектроскопии потерь энергии электронов с угловым разрешением (M-EELS).

Суть метода заключается в использовании не фотонов, а реальных физических частиц. Ученые направляли на поверхность материала строго откалиброванный пучок электронов с энергией 50 электронвольт. Сталкиваясь с поверхностью кристалла и отражаясь от нее, эти электроны передавали часть своей энергии и импульса внутренним процессам в материале. Точно измеряя характеристики отраженных электронов, физики смогли вычислить, на что именно была потрачена эта потерянная энергия.

В качестве объекта исследования был выбран рутенат стронция. Этот сложный металл обладает тремя пересекающимися электронными зонами (α, β и γ). Электроны в зонах β и γ движутся с совершенно разными скоростями, что делает данный материал оптимальной средой для возникновения колебаний в противофазе.


a, Цветовая карта нормированной зарядовой восприимчивости chi''(q, w) / q² для вектора q в направлении (1,0,0). Интенсивность обычного высокоэнергетического плазмона изменяется пропорционально q² при стремлении q к нулю.
b, Тот же график для области низких энергий: интенсивность «демона» стремится к нулю быстрее, чем q² в том же пределе.
c, Цветовая карта зонной восприимчивости chi''s, s'(q, w) (подробности в разделе «Методы») для индексов зон s = s' = γ вблизи плазмона.
d, Та же величина, что на панели a, но для области существования «демона».
e, Зонная восприимчивость для s = γ, s' = β в области плазмона.
f, Та же величина, что на панели e, для области «демона». Знак отклика показывает, что электроны зон γ и β колеблются в фазе для обычного плазмона и в противофазе для «демона».
Автор: Husain, A.A., Huang, E.W., Mitrano, M. et al. Источник: www.nature.com

Проведя измерения в условиях сверхвысокого вакуума на идеально очищенном кристалле, исследователи зафиксировали низкоэнергетическую акустическую волну. Она распространялась сквозь материал со скоростью 106500 метров в секунду. Это значение в сто раз превышает скорость обычных акустических колебаний кристаллической решетки (фононов), но значительно уступает скорости обычных высокоэнергетических плазмонов.

Чтобы окончательно доказать, что найденная волна является именно предсказанным нейтральным колебанием, физики проанализировали зависимость интенсивности волны от ее импульса. В квантовой механике существуют строгие математические правила, описывающие поведение заряженных структур. Найденная волна демонстрировала принципиально иные математические закономерности, точно соответствующие расчетам для полностью нейтрального возбуждения. Электроны из зон β и γ действительно колебались в противофазе.


a, b, Дисперсия моды «демона» в направлении (1,0) при T = 30 K (a, синий цвет) и 300 K (b, красный цвет) в сравнении с теоретическим предсказанием RPA (серый цвет). Слабо диспергирующее возбуждение на уровне 63 мэВ — это оптический фонон. Вертикальные полосы погрешностей обозначают ошибку подгонки, а горизонтальные — импульсное разрешение прибора (см. раздел «Методы»).
c, Анизотропия и температурная зависимость дисперсии «демона». Для наглядности горизонтальные полосы погрешностей на этой панели не показаны.
d, Интегральная интенсивность возбуждения «демона» при T = 30 K (синий цвет) в зависимости от q. График демонстрирует аппроксимированный степенной закон I0(q) ≈ q^-1.8 (черная пунктирная линия), подтверждающий, что это возбуждение является нейтральным в пределе длинных волн. Для сравнения также показан степенной закон I0(q) ≈ q^-5 (серая пунктирная линия), характерный для обычного (заряженного) возбуждения. Мы зафиксировали «демона» в пяти независимых измерениях на четырех разных кристаллах Sr₂RuO₄. a.u. — произвольные единицы.
Автор: Husain, A.A., Huang, E.W., Mitrano, M. et al. Источник: www.nature.com

Значение открытия для физики сверхпроводимости

Экспериментальное доказательство существования нейтральных электронных волн важно для одного из самых важных направлений современной физики — создания высокотемпературных сверхпроводников.

Сверхпроводимость — это способность материала пропускать электрический ток абсолютно без сопротивления и потерь энергии. Для того чтобы ток тек без сопротивления, электроны внутри металла должны объединиться в так называемые куперовские пары. Поскольку электроны отталкиваются друг от друга, им нужен посредник для создания такой связи.

В классических сверхпроводниках таким посредником выступают фононы — естественные микроскопические вибрации самой кристаллической решетки атомов. Электрон, пролетая сквозь решетку, слегка притягивает к себе положительно заряженные атомы, создавая зону повышенного положительного заряда, которая, в свою очередь, притягивает второй электрон. Однако этот механизм работает только при температурах, близких к абсолютному нулю. При нагревании материала тепловые колебания атомов становятся слишком хаотичными и разрушают куперовские пары. Сверхпроводимость исчезает.

Наука многие десятилетия ищет механизм, который мог бы связывать электроны в пары при комнатной температуре. Теоретики давно предполагали, что нейтральные акустические колебания (те самые «демоны») могут брать на себя роль такого посредника. Будучи нейтральными, они крайне слабо рассеиваются, не разрушаются электромагнитными помехами и могут эффективно передавать взаимодействие между электронами в сложных структурах, таких как гидриды металлов.

Работа исследователей из Иллинойса доказывает, что эти колебания существуют в реальности. Теперь ученые точно знают, с помощью каких инструментов их можно обнаруживать и измерять в трехмерных кристаллах. Это открытие дает материаловедам возможность целенаправленно искать и проектировать новые многозонные металлы, опираясь на доказанную внутреннюю квантовую динамику, которая ранее оставалась недоступной для наблюдения.

Источник: Nature

[ArefievPV]

Вселенная существует, потому что черные дыры съели антиматерию: как теория Эйнштейна-Картана объясняет Большой взрыв
https://www.ixbt.com/live/science/vselennaya-suschestvuet-potomu-chto-chernye-dyry-seli-antimateriyu-kak-teoriya-eynshteyna-kartana-obyasnyaet-bolshoy-vzryv.html

Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, Большой взрыв должен был произвести материю и антиматерию в строго равных пропорциях. Законы сохранения требуют, чтобы на каждый возникший электрон приходился один позитрон, а на каждый кварк — один антикварк. Однако встреча частицы с ее античастицей всегда приводит к аннигиляции: они уничтожают друг друга, высвобождая энергию в виде гамма-излучения.

Если бы Вселенная развивалась в строгом соответствии с базовой симметрией, вся начальная масса исчезла бы в первые доли секунды. Космос представлял бы собой однородное пространство, заполненное исключительно излучением. Тот факт, что существуют галактики, звезды, планеты и наблюдатели, означает одно: на самых ранних этапах формирования Вселенной этот идеальный баланс был нарушен. На каждые десять миллиардов частиц антиматерии возникло десять миллиардов и одна частица обычного вещества. После глобальной аннигиляции эта ничтожная разница выжила и сформировала весь материальный мир.

Физики долго ищут причину этого явления, известного как барионная асимметрия Вселенной. Большинство современных гипотез предполагает введение новых, пока не открытых частиц или дополнительных полей, выходящих за рамки Стандартной модели. Однако физик-теоретик Никодем Поплавски в своей работе пытается доказать, что ответ на вопрос об исчезновении антиматерии заложен не в новых элементах квантовой механики, а в более точной математической модели гравитации и геометрии самого пространства-времени.

Ограничения Общей теории относительности и тензор кручения

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна описывает гравитацию не как силовое взаимодействие, а как следствие искривления пространства-времени под воздействием массы и энергии. Эта модель многократно подтверждена наблюдениями и абсолютно точно описывает макроскопический космос — от орбит планет до слияния черных дыр.

Но у уравнений Эйнштейна есть предел применимости. Они разрабатывались до того, как квантовая механика окончательно сформировалась, и потому не учитывают одно из базовых свойств элементарных частиц — спин.

Спин — это собственный момент импульса частицы, ее неотъемлемая квантовая характеристика. В 1920-х годах французский математик Эли Картан предложил расширение теории Эйнштейна. Он математически обосновал, что если масса и энергия искривляют пространство-время, то наличие спина у фермионов (частиц, составляющих вещество) должно приводить к его скручиванию. В геометрии пространства появляется новый параметр — тензор кручения.

В современных условиях плотность материи во Вселенной слишком мала, чтобы спины частиц могли создать измеримое геометрическое кручение. Теория Эйнштейна-Картана дает те же проверяемые результаты, что и стандартная теория относительности. Однако в первые мгновения после Большого взрыва ситуация была принципиально другой. Вещество находилось в состоянии так называемой плотности Картана (около 10⁴⁵ килограммов на кубический метр). При таких экстремальных показателях кручение пространства-времени, порожденное совокупным спином частиц, стало доминирующим физическим фактором.

Нелинейная физика Дирака и нарушение симметрии

Поведение фермионов, включая электроны и кварки, описывается уравнением Дирака. Именно это уравнение в свое время позволило теоретически предсказать существование антиматерии. В классическом виде, без учета торсионного поля (кручения пространства), уравнение Дирака является линейным. Оно постулирует строгую симметрию: частицы и античастицы обладают абсолютно одинаковой массой и подчиняются одним и тем же кинематическим законам.

Никодем Поплавски рассчитал, что произойдет с уравнением Дирака, если поместить его в рамки теории Эйнштейна-Картана — то есть в среду, где пространство-время экстремально скручено. Математическая структура взаимодействия кардинально изменилась.

Из-за того, что тензор кручения пропорционален спину самих частиц, уравнение перестало быть линейным и стало кубическим. Физический смысл этой трансформации заключается в том, что энергия частицы начинает зависеть от ее собственного состояния. Анализ собственных значений энергии для обновленной системы показал, что в присутствии геометрического кручения нарушается зарядовое сопряжение (С-симметрия) и зарядово-пространственная четность (CP-симметрия).

Энергия частицы в скрученном пространстве-времени стала зависеть от направления ее спина и от того, является ли она материей или антиматерией. Переводя математические результаты в физические термины: в условиях экстремальной плотности ранней Вселенной эффективная масса антифермионов превышала массу соответствующих им фермионов. Антиматерия стала тяжелее обычной материи. Причем эта разница возрастала пропорционально увеличению плотности среды.

Кинематика гравитационного захвата

Появление разницы в массах между материей и антиматерией запустило строгий кинематический механизм сепарации.

В первые доли секунды существования Вселенной непрерывно происходили процессы рождения и аннигиляции пар «частица-античастица». Поскольку частицы антиматерии обладали большей эффективной массой, их кинетическая энергия распределялась иначе. При равном энергетическом импульсе более тяжелая частица движется с меньшей скоростью. Следовательно, новорожденная антиматерия двигалась медленнее, чем обычная материя.

Параллельно с этим процессом сверхплотная среда ранней Вселенной генерировала множество первичных черных дыр — локальных областей гравитационного коллапса. Взаимодействие движущихся частиц с горизонтом событий черной дыры подчиняется строгим законам небесной механики. Вероятность того, что пролетающий мимо объект будет захвачен гравитацией черной дыры (сечение гравитационного захвата), находится в обратной зависимости от скорости этого объекта.

Быстрая частица обладает достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть гравитационный потенциал черной дыры, изменить траекторию и продолжить движение в открытом пространстве. Медленная частица проводит больше времени в зоне критического гравитационного воздействия, ее кинетической энергии недостаточно для избегания захвата, и она пересекает горизонт событий.

Именно это произошло в масштабах всей Вселенной. Первичные черные дыры поглощали медленную, тяжелую антиматерию с гораздо большей интенсивностью, чем легкую и быструю обычную материю. Черные дыры выступили в роли глобального однонаправленного фильтра.

Важно отметить, что предложенный механизм полностью удовлетворяет трем условиям Сахарова, необходимым для объяснения бариогенеза:

• Нарушение барионного числа происходит фактически — антиматерия необратимо уходит за горизонты событий.
• C- и CP-симметрия нарушаются из-за разницы эффективных масс в торсионном поле.
• Отсутствие теплового равновесия обеспечивается однонаправленным движением частиц внутрь черных дыр.

При этом закон сохранения барионного числа не нарушается на фундаментальном уровне. Антиматерия не уничтожается бесследно в нарушение правил Стандартной модели, она просто изымается из наблюдаемой Вселенной и навсегда изолируется внутри сингулярностей.

Отмена сингулярности и формирование новых миров

Расширение физической картины мира с помощью теории Эйнштейна-Картана решает не только проблему исчезновения антиматерии. Внедрение тензора кручения устраняет главный парадокс черных дыр — математическую сингулярность.

В рамках Общей теории относительности гравитационный коллапс звезды приводит к сжатию материи в точку с нулевым объемом и бесконечной плотностью. В этой точке законы физики перестают работать. Однако Поплавски показывает, что на сверхвысоких плотностях геометрическое кручение пространства, порождаемое спинами фермионов, начинает функционировать как мощнейшая сила гравитационного отталкивания.

Это отталкивание имеет отрицательный вклад в общую плотность энергии. По мере сжатия материи внутри черной дыры сила торсионного отталкивания растет. В определенный момент она компенсирует гравитационное притяжение. Коллапс останавливается до того, как материя сожмется в математическую точку. Происходит не формирование сингулярности, а так называемый «несингулярный отскок».

Материя, достигнув предела сжатия, начинает расширяться. Но это расширение происходит не обратно в нашу Вселенную (что запрещено горизонтом событий), а формирует новое, изолированное пространство-время. Каждая черная дыра, таким образом, может инициировать локальный Большой взрыв и породить новую замкнутую вселенную.

Если эта физическая модель верна, она приводит к странному, но строго обоснованному выводу. Поскольку первичные черные дыры нашей Вселенной интенсивнее поглощали антиматерию, дочерние вселенные, образованные внутри них, должны иметь обратную асимметрию — они состоят преимущественно из антивещества.

Следовательно, наблюдаемая нами реальность, состоящая из обычной материи, является прямым результатом процессов отбора на самых ранних этапах гравитационного формирования пространства. И, возможно, наша собственная Вселенная также зародилась в результате коллапса внутри гигантской черной дыры в другом, более древнем родительском пространстве.

Источник: arXiv

[ArefievPV]

Прошлое и будущее могут не иметь строгой последовательности — подтверждает новый квантовый эксперимент
https://www.ixbt.com/live/science/proshloe-i-buduschee-mogut-ne-imet-strogoy-posledovatelnosti-podtverzhdaet-novyy-kvantovyy-eksperiment.html

В основе классической физики и нашего повседневного восприятия мира лежит строгая концепция причинности. События всегда разворачиваются в определенной хронологической последовательности: причина неизбежно предшествует следствию, а прошлое влияет на будущее. В рамках классической механики невозможно представить ситуацию, при которой два события влияют друг на друга взаимоисключающим образом. Однако квантовая теория предлагает совершенно иную модель реальности, в которой строгий порядок действий перестает быть обязательным правилом.

Квантовая механика оперирует понятием суперпозиции — состояния, при котором физическая система может находиться в нескольких взаимоисключающих состояниях одновременно до момента измерения. Если применить этот принцип не к координатам частицы или ее энергии, а к самой последовательности событий, возникает явление, называемое неопределенным причинно-следственным порядком. В таком режиме физический процесс протекает так, что операция А выполняется перед операцией Б, и одновременно операция Б выполняется перед операцией А.

Долгие годы эта концепция оставалась предметом сложных математических расчетов. Но недавно группа исследователей из Венского университета опубликовала результаты эксперимента, в котором они сделали критически важный шаг к окончательному, аппаратно-независимому подтверждению этого феномена. Физики не просто создали систему с нарушенной причинностью, но и протестировали ее с помощью математического протокола, исключающего любые ошибки в настройке самого оборудования.

Квантовый переключатель и проблема доверия к оборудованию

Для лабораторного изучения неопределенного причинно-следственного порядка ученые используют устройство, получившее название «квантовый переключатель». В классической вычислительной системе сигнал проходит через логические вентили строго один за другим. В квантовом переключателе порядок прохождения базовой частицы через два физических затвора определяется не жестко заданной схемой, а состоянием другой, управляющей квантовой частицы.

Если управляющая частица находится в состоянии суперпозиции, базовая частица проходит через систему по обоим возможным маршрутам одновременно. В результате внутри устройства стирается грань между понятиями «сначала» и «потом».

Несмотря на то что подобные квантовые переключатели уже создавались в лабораториях ранее, все предыдущие эксперименты имели одно существенное ограничение. Они базировались на так называемом аппаратно-зависимом подходе. Это означает, что для подтверждения эффекта физикам приходилось полностью доверять своим измерительным приборам. Ученые делали математические допущения о том, как именно генерируются фотоны, как они проходят через оптические элементы и с какой вероятностью их фиксируют детекторы.

В строгой науке такой подход оставляет пространство для сомнений. Любая неточность в теоретическом описании лазера или детектора может привести к тому, что исследователи увидят аномалию там, где ее нет. Скептики могли утверждать, что кажущееся нарушение причинности — это лишь результат сложного и не до конца изученного поведения самого оборудования.

Чтобы исключить любые сомнения, физикам требовался аппаратно-независимый протокол. В таком протоколе измерительная установка рассматривается как «черный ящик». Исследователей не интересует, как работают внутренние механизмы приборов. Они анализируют исключительно статистику входящих команд и исходящих результатов. Если итоговая статистика нарушает строгие математические пределы, установленные для классических систем, это служит неоспоримым доказательством того, что внутри «черного ящика» действуют законы квантовой механики.


Схема эксперимента по проверке причинности.
(а) Расположение участников в пространстве-времени: Алиса 1 (A1) и Алиса 2 (A2) действуют раньше Чарли (C). Боб (B) находится в пространственно изолированной области, вне зоны влияния остальных участников.
(б) Протокол на базе квантового переключателя: между контрольным кубитом системы и Бобом создается состояние квантовой запутанности. Алиса 1 и Алиса 2 проводят измерения над «целевым» кубитом внутри переключателя. Условные обозначения: a_i — результаты измерений Алис; x_i — состояние, которое Алисы подготавливают перед тем, как фотон покинет их лабораторию; z и c — база измерения и итоговый результат Чарли; y и b — база измерения и итоговый результат Боба.
Автор: CARLA M.D. RICHTER et al. Источник: journals.aps.org

Математический протокол VBC и механика эксперимента

В качестве такого строгого критерия в новом исследовании было использовано математическое неравенство VBC (названное по начальным буквам фамилий его создателей: van der Lugt, Barret, Chiribella). Это уравнение устанавливает жесткую границу для корреляций в любой системе, где соблюдается классическая причинность.

В протоколе VBC участвуют четыре независимые измерительные станции, которые условно называют Алиса 1, Алиса 2, Боб и Чарли. В ходе эксперимента каждая станция получает квантовые частицы, применяет к ним определенные настройки измерений и фиксирует результаты.

Суть неравенства заключается в следующем: если Вселенная строго подчиняется законам последовательного времени (где Алиса 1 всегда действует до Алисы 2, или наоборот), статистическая связь между результатами всех четырех станций никогда не превысит математический предел, равный числу 1.75. Никакие скрытые переменные или неизвестные классические силы не способны заставить систему преодолеть этот барьер. Единственный способ получить значение выше 1.75 — создать систему, в которой порядок действий Алисы 1 и Алисы 2 действительно находится в квантовой суперпозиции.

Венские физики реализовали этот протокол на сложной оптической установке. В качестве носителей информации использовались одиночные фотоны инфракрасного диапазона.

Сначала источник генерировал пару квантово запутанных фотонов. Первый фотон сразу отправлялся на станцию Боба, где детекторы измеряли его поляризацию. Второй фотон направлялся в квантовый переключатель. На входе в переключатель поляризация второго фотона трансформировалась во временное кодирование — фотон переводился в состояние, при котором он существует в суперпозиции «раннего» и «позднего» времени прибытия.

Эта временная суперпозиция выступала в роли контроллера для станций Алиса 1 и Алиса 2, расположенных внутри переключателя. В зависимости от состояния контроллера, Алисы проводили измерения поляризации базового фотона в прямом или обратном порядке. После того как фотон покидал оптическую петлю переключателя, он попадал на станцию Чарли, где происходило финальное измерение его характеристик.


Детальная схема экспериментальной установки. Источник SPDC генерирует пары фотонов, запутанных по поляризации.
(а) Линия Боба (оранжевая зона): Первый фотон пары отправляется к Бобу (B). Здесь измеряется его поляризация с помощью набора оптических пластин (QWP, HWP) и поляризационного делителя (PBS). Сигнал о регистрации фотона запускает сверхбыстрый оптический роутер (UFOR), который координирует работу всей системы.
(б) Подготовка временного кубита (зеленая зона): Второй фотон проходит через систему зеркал и интерферометр. Здесь информация, заложенная в его поляризации, преобразуется во «временную форму» (time-bin). Фотон превращается в импульс, существующий одновременно в двух моментах времени.
(в) Квантовый переключатель (розовая зона): Временной кубит управляет порядком действий. Алиса 1 и Алиса 2 (A1, A2) проводят измерения (a1, a2) и заново подготавливают состояния фотона (x1, x2) с помощью поляризаторов. Особенность системы в том, что фотон проходит через установки Алис в обоих направлениях одновременно.
(г) Измерения Чарли (синяя зона): После переключателя фотоны направляются к Чарли (блоки C0 или C1). Его детекторы проводят финальные измерения характеристик фотонов, которые затем используются для проверки нарушения классической причинности. Основные сокращения: SPDC — источник пар запутанных фотонов. PBS — поляризационный делитель луча (разделяет свет в зависимости от поляризации). UFOR — сверхбыстрый оптический роутер для переключения маршрутов фотонов. QWP, HWP — оптические пластины, меняющие фазу и поляризацию света.
Автор: CARLA M.D. RICHTER et al. Источник: journals.aps.org

Результаты: преодоление предела причинности

Собрав массив данных о совпадениях сигналов со всех детекторов, исследователи вычислили значение неравенства VBC. Итоговый результат составил 1.8328 (с погрешностью +-0.0045).

Это значение превышает классический предел (1.75) на 18 стандартных отклонений. В физике частиц и квантовой механике такое отклонение считается абсолютным статистическим доказательством. Полученная цифра означает, что Алиса 1 и Алиса 2 успешно передавали друг другу информацию в обоих хронологических направлениях одновременно, в то время как фотоны Боба и Чарли сохраняли квантовую запутанность на расстоянии. Установка функционировала без фиксированного порядка событий.

Чтобы подтвердить, что высокий результат обусловлен исключительно квантовыми эффектами, физики провели дополнительную серию тестов. Они намеренно вносили в оптическую систему деполяризующий шум, который постепенно уничтожал квантовую когерентность фотонов. В ходе этого процесса исследователи наблюдали, как по мере нарастания помех итоговое значение корреляций плавно опускалось ниже предела в 1.75. Как только квантовая суперпозиция разрушалась шумом, система неизбежно возвращалась к классическому, строго последовательному причинно-следственному порядку.


Экспериментальное нарушение причинного неравенства. (а) и (б) Качество входного сигнала: На графиках показано состояние пар фотонов на входе в систему.
Слева (а) — практически идеальное «чистое» состояние (точность 0,98), с которого начинался эксперимент.
Справа (б) — максимально «зашумленное» состояние, созданное искусственно для проверки устойчивости системы.
(в) Влияние помех на вероятности: График демонстрирует, как случайный шум снижает вероятности (p1, p2, p3) успешного взаимодействия между участниками эксперимента. Чем выше уровень помех, тем слабее проявляются квантовые эффекты.
(г) Главный результат эксперимента: На этом графике зафиксирован момент нарушения классической логики. Линия DCO — это максимально возможный предел для мира с четкой последовательностью событий (причина всегда перед следствием). Красная точка (Experiment) — результат, полученный учеными. Он находится значительно выше классического предела, что доказывает наличие неопределенного причинного порядка. Линия ICO — теоретический максимум, которого может достичь квантовая система в идеальных условиях. Ключевые сокращения: DCO — предел классической причинности (строгая хронология). ICO — предел неопределенного причинного порядка (квантовая суперпозиция времени). VBC — значение математического неравенства, которое физики «взломали» в ходе эксперимента.
Автор: CARLA M.D. RICHTER et al. Источник: journals.aps.org

Открытые уязвимости и требования к будущим тестам

Несмотря на чистоту математического результата, авторы исследования строго отмечают, что их работа является фундаментальной демонстрацией принципа, но пока не закрывает все экспериментальные уязвимости. В физике такие уязвимости называют «лазейками». До тех пор, пока они не устранены, остается теоретическая вероятность того, что результаты могут быть объяснены классическими эффектами, а не квантовой механикой.

В данном эксперименте присутствуют две основные лазейки. Первая — лазейка справедливой выборки. Из-за того, что фотоны проходят через множество оптических элементов, делителей луча и фильтров, до финальных детекторов доходит лишь около 1% изначально сгенерированных частиц. Текущий протокол предполагает, что этот 1% фотонов точно отражает поведение всех остальных частиц. Однако для абсолютно безупречного доказательства необходимо повысить эффективность детектирования до уровня, исключающего статистические искажения.

Вторая проблема — лазейка локальности. Все измерительные станции (Боб, Чарли и квантовый переключатель с Алисами) располагались на одном оптическом столе на расстоянии менее одного метра друг от друга. При таких малых расстояниях сохраняется физическая возможность того, что один прибор мог передать скрытый световой сигнал другому прибору до завершения измерений. Чтобы полностью устранить лазейку локальности, в будущих экспериментах потребуется использовать сверхбыстрые генераторы случайных чисел и разнести станции на сотни метров, синхронизировав их работу с точностью до наносекунд.


Влияние фазового шума на результаты эксперимента. На графике показано, как специфический тип помех — фазовый шум (дефазировка) — отражается на вероятностях p1, p2 и p3, необходимых для проверки неравенства VBC. Пунктирные линии (Sim): теоретические расчеты (симуляция), предсказывающие, как должна вести себя система под воздействием шума. Точки с вертикальными отрезками (Exp): реальные данные, полученные в ходе эксперимента. Хорошее совпадение точек с линиями подтверждает точность теоретической модели. Точность системы (Fidelity): соответствие работы квантового переключателя идеальной модели составило более 98% (0,9816). Это доказывает, что установка работала практически безупречно, несмотря на наличие неизбежных физических помех.
Автор: CARLA M.D. RICHTER et al. Источник: journals.aps.org

Практическое и фундаментальное значение

Успешная проверка аппаратно-независимого протокола полезна не только для теоретической физики, но и для инженерных разработок. Концепция неопределенного причинно-следственного порядка рассматривается как один из ключевых ресурсов для вычислительных систем следующего поколения.

Математические модели показывают, что квантовые компьютеры, способные выполнять операции без фиксированной последовательности, могут решать определенные классы алгоритмических задач с экспоненциально меньшим числом шагов. Кроме того, системы, подобные квантовому переключателю, теоретически способны передавать информацию по каналам связи с таким высоким уровнем теплового шума, через которые классическая последовательная передача данных попросту невозможна.

С фундаментальной точки зрения подтверждение реальности ICO предоставляет физикам новый инструмент для понимания структуры мироздания. В общей теории относительности Эйнштейна время неразрывно связано с пространством и гравитацией, представляя собой жесткую геометрию. В квантовой механике, как доказывает данный эксперимент, время может находиться в суперпозиции. Дальнейшее изучение того, как именно квантовые частицы обходят строгую хронологию, является необходимым шагом к созданию единой теории квантовой гравитации, которая должна окончательно объединить два главных раздела современной физики.

Источник: PRX Quantum

[ArefievPV]

Мой комментарий к статье из предыдущего сообщения.

Попытки выявить, что там происходит на квантовом уровне (и возможна ли на этом уровне обратная причинность) бессмысленны – на самом квантовом уровне полная «каша», хаос. И прямая причинность (к которой мы привыкли), и обратная причинность формируются при «подъёме» с квантового уровня на уровень классики – на самом квантовом уровне нет никакой причинности в принципе.
 
Получается, что есть ещё одна «лазейка» (скорее, это «ловушка» предвзятости наших интерпретаций) – при интерпретации полученных результатов не учитываются созданные на макроуровне условия/ограничения/порядок, благодаря которым мы наблюдаем результаты экспериментов.
 
Грубо говоря, мы не учитываем структуру, через которую наблюдаем.
 
В чём заключается, так называемая, «ловушка» предвзятости наших интерпретаций? Дело в том, что мы интерпретирует с уровня классической физики – то есть, видим/воспринимаем/фиксируем только тот результат, который проявился на уровне классической физики, не учитывая, что:
 
–  сам «механизм наблюдения» (структура регистрирующего/фиксирующего комплекса приборов, сценарий проведения эксперимента),
– сами условия наблюдения,
– сами ограничения (в том числе, всякие там алгоритмы Гровера) при проведении эксперимента (они ведь задаются нами),
 
влияют на формирование (и, соответственно, последующего проявления) результата.
 
Поясню:
 
Если мы хотели проверить наличие причинно-следственной связи А→ Б (то есть, влияет ли событие А на событие Б), то создаём соответствующий возможности регистрации/фиксации такого явления «механизм наблюдения» –  некую структуру эксперимента: комплекс  регистрирующего/фиксирующего оборудования/приборов и соответствующий сценарий проведения эксперимента (последовательность измерений сигнала, последовательность преобразований сигнала, путь/траекторию прохождения сигнала и т.д.). Вроде всё объективно и непредвзято? Нет.
 
Ведь при проведении данного эксперимента мы ненамеренно задаём/создаём «матрицу порядка», определяющую формирование результата, который «поднимается» с квантового уровня на уровень классической физики. Но данная «матрица порядка» будет формировать результат именно в «нужном» нам направлении: «матрица порядка» изначально настроена на выявление преимущественно именно такой причинно-следственной связи.

И, разумеется, статистически (когда будет проведена большая серия опытов), мы запросто выявим наличие причинно-следственной связи А→ Б. Тем более, что на уровне макромира и классической физики мы наблюдаем такую причинность явно.
 
Если же мы хотели проверить наличие причинно-следственной связи Б→ А (то есть, влияет ли событие Б на событие А), то, опять-таки, создаём соответствующий возможности регистрации/фиксации такого явления «механизм наблюдения» –  некую структуру эксперимента: комплекс  регистрирующего/фиксирующего оборудования/приборов и соответствующий сценарий проведения эксперимента (последовательность измерений сигнала, последовательность преобразований сигнала, путь/траекторию прохождения сигнала и т.д.).
 
И по выше указанным причинам статистически (когда будет проведена большая серия опытов), мы, опять-таки, запросто выявим наличие причинно-следственной связи Б→ А.
 
Но, повторюсь: никакой (ни прямой, ни обратной) причинности на квантовом уровне нет – её поиски там просто бесполезны. Мало того, такие поиски только всё запутывают, а не приближают нас к пониманию, как устроен мир.
 
Как уже говорил, настоящее формируется при взаимодействии прошлого и будущего. Но формируется оно при «подъёме» с квантового уровня на уровень классической физики, и «перекос» причинности будет задаваться существующей уже структурой, воспринимающую эту причинность.
 
Кстати, возможно, благодаря тому, как устроены (на уровне химии и выше) живые системы, у нас получается «перекос» формирования причинности в сторону прямой причинности (из прошлого в будущее), как более вероятной (для структур уровня химии и выше), совпадающей с термодинамической стрелой, которая явно и сильно действует на уровне химии и выше.
 
Думаю, существование термодинамической стрелы обусловлено, в конечном счёте (то есть, является первопричиной), именно расширением нашей Вселенной – то есть, расширение Вселенной и есть та «матрица порядка» глобального уровня, которая влияет на то, что окажется/сформируется/появится на макроуровне при «подъёме» с квантового уровня.
 
P.S. Здесь «салат» из цитат (конечно, можно было сформулировать более доходчиво, но уж как есть) к моему комментарию:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg292964.html#msg292964