Что меньше квантовой пены
Колебания мюонов в эксперименте «g minus two» подтверждают существование квантовой пены
Любой вопрос или замечания Вы можете написать в комментариях. Также я открыт для личного диалога в телеграме или беседы в нашем чате. А еще у меня есть телеграм-канал о космологии.
Мюоны не ведут себя так, как это предсказывается Стандартной моделью. Почему? Это может быть связано с тем, что на них оказывают действие неизвестные субатомные частицы, появляющиеся и исчезающие в квантовой пене — такой вывод сделан в ходе эксперимента g-2, проведенного в лаборатории ускорителей частиц высоких энергий «Fermilab» в Иллинойсе и исследующего поведение мюона, и он говорит нам о том, как мало мы знаем об устройстве Вселенной.
Мюон — субатомная частица, по своим свойствам очень напоминающая электрон: оба с отрицательным зарядом и одинаковым спином, только их масса различается в почти 207 раз. Используя Стандартную модель (СМ), физикам удается объяснить и предсказать поведение такой тяжелой частицы. Например, вращающаяся заряженная частица имеет связанное с ней магнитное свойство, называемое моментом, характеризующееся как мера силы магнитного поля и ориентации частицы. В сравнении с мюоном это будет так: при его нахождении в магнитном поле, частица подвергнется колебанию (прецессии). СМ чрезвычайно точно предсказывает эту прецессию, называемую g-фактором, который близок к значению 2.
Credit: Diomedia
К чему речь пошла о пене? Дело в том, что ее воздействие как раз и сказывается на прецессии мюона. Без нее значение g-фактора было бы очень близко к двум, но воздействие виртуальных частиц на мюон вызывает аномальный магнитный момент, то есть отклонение от нормального значения. Более того, Стандартная модель предсказывает значение этого аномального момента, а, чтобы проверить предсказание, и проводится эксперимент «g minus two».
Для того, чтобы определить влияние квантовых флуктуаций на мюон, частицу вводят в очень стабильное магнитное поле и измеряют его колебания, сравнивая результат с теоретическим. Стандартная модель предсказывает значение аномального магнитного момента (АММ) равного 0,00116591810, а результат эксперимента демонстрирует значение 0,00116592061 — разница, кажется, небольшая (всего 0,0002153%), но предсказание должно полностью совпадать с результатом. Полученная различие значит многое: например, то, что существуют неизвестные нам силы, действующие на мюон в квантовом масштабе. Читатель может посчитать такое малое расхождение статистической ошибкой, но вероятность этого очень маловероятна — результаты эксперимента «g minus two» составляют 4,2 сигмы, т.е. шанс ошибки составляет 1 к 38 000 (0,002%).
Кольцевой магнит, на котором проводится эксперимент «g minus two» в Фермилабе. Credit: Fermilab / Reidar Hahn
Очевидно, что полученный результат не идеален, потому команда исследователей намерена проводить эксперимент уже в пятый раз для того, чтобы повысить значение сигмы до «золотого стандарта» — пяти. Если это произойдет, то мы окажемся перед еще одним непаханым полем — природой квантового мира. Стандартная модель довольно-таки успешна: например, она предсказала существование бозона Хиггса, обнаруженного в 2012 году, но ее проблема заключается в том, что есть вещи, которые она предсказать не может. Это было продемонстрировано командой экспериментаторов «g minus two» на примере поведения мюонов, исследование которых манит нас к будущим свершениям и великим открытиям новой, неизвестной нам физике.
Ну и напоминаю, о том, чтобы читатель не стеснялся задать вопрос или поправить меня в комментариях. Также у меня есть телеграм-канал, где я рассказываю о последних новостях космологии и астрофизики, а также пишу об астрофотографии. Пишите мне в личку или наш чат. Всем добра!
Квантовую пену наконец-то поймают!
Известный физик из Израиля Яков Бекенштейн предложил простую схему эксперимента, способного подтвердить или опровергнуть существование квантовой пены. Эта самая квантовая пена, которую любят теоретики, является для экспериментаторов изрядной головной болью, так как никто до сих пор не мог предложить опыт, доказывающий реальность ее существования.
Собственно говоря, сам термин «квантовая пена» является некоторой условностью, поскольку структура мироздания, обозначаемая этим словосочетанием, на обычную пену совсем не похожа — с таким же успехом можно называть данный феномен, например, «квантовыми сотами». Однако суть от этого совершенно не изменится, поскольку речь идет о вполне определенном явлении. Правда, сразу следует отметить, что пока еще никому не удалось экспериментально доказать существование этой самой квантовой пены.
А вот в квантовой ячейке такие процессы — дело совершенно обычное. На очень коротких промежутках времени в весьма небольших областях пространства вполне может самопроизвольно появляться энергия, достаточная для превращения этого кусочка пространства в черную дыру. Причем вовсе не из «ничего», поскольку закон сохранения энергии справедлив и для квантовых ячеек. Просто всем известный принцип неопределенности Гейзенберга (подробнее о нем читайте в статье «Физики добавили в наш мир определенности») позволяет энергии превращаться в частицу и античастицу, а затем аннигилировать, порождая вновь ту же энергию, без формального нарушения закона её сохранения.
Можно сказать, что «жизнь» в квантовых ячейках просто бьет ключом — постоянно то возникают, то исчезают частицы, меняется сама структура пространства и времени, и ни на один момент в них нет ни капли стабильности, сплошные флуктуации. Все это отчасти похоже на процессы образования пены в процессе биения волн о берег. Поэтому-то и появился термин «квантовая пена».
Следует сказать еще и о том, что, по мнению ряда физиков, основой для столь интенсивных процессов в квантовых ячейках служат так называемые квантовые колебания вакуума. Энергия этих колебаний есть не что иное, как энергия основного состояния системы,и при этом она практически бесконечна (хотя с точки зрения квантовой механики ее практически невозможно использовать). И если некоторые ученые считают, что такой энергии вполне хватает для того, чтобы каждую секунду возникали новые Вселенные, то вполне логично предположить, что для поддержания непрерывного «бурления» квантовых ячеек ее вполне достаточно.
Представление о квантовой пене уже давно вызывает симпатии многих теоретиков — оно весьма красиво, логично, и, главное, может разрешить большое количество физических парадоксов. А вот для экспериментаторов эта самая пена до сих пор является изрядной головной болью. И дело даже не в том, что измерить характеристики процессов, происходящих в столь малом масштабе, до сих пор весьма сложно с технической точки зрения. Просто исходя из вышеупомянутого принципа неопределенности, невозможно единовременно определить изменение всех характеристик столь малых объектов — сам факт измерения уже нарушит исходное значение некоторых из них. Проще говоря, ученые даже не представляют, каким образом нужно спланировать эксперимент, который мог бы подтвердить или опровергнуть существование квантовых ячеек.
Однако недавно известный израильский физик-теоретик Яков Бекенштейн из Еврейского университета в Иерусалиме опубликовал работу, в которой изложил простую схему «настольного» эксперимента, способного подтвердить или опровергнуть существование квантовой пены. Сразу скажу, что речь идет о том самом ученом, который доказал, что черные дыры подчиняются началам термодинамики, сила гравитации играет там роль температуры, а площадь поверхности горизонта событий пропорциональна энтропии. Именно исходя из его построений Стивен Хокинг смог сформулировать свою известную теорию излучения черных дыр (позже его назвали хокинговским излучением).
Так вот, Бекенштейн считает, что для обнаружения пены можно использовать предельно простое оборудование. Нужно просто обстреливать одиночными фотонами кусок стекла. В итоге каждое попадание частицы в атом придаст последнему механический импульс, в результате чего атом изменит свое положение в пространстве. Ну, а поскольку импульс одиночного фотона ничтожен, то, соответствующим образом подобрав его энергию и длину волны, можно добиться того, что результирующее изменение положения атома будет меньше той самой планковской длины.
В итоге получится следующая картина — если квантовая пена действительно существует и может деформировать пространство-время подобно черным дырам в макромире, то есть предельно замедляя его течение и меняя размеры, то изменение положения стекла в пространстве будет невозможно. Это произойдет из-за того, что данный процесс нарушит закон сохранения импульса. Ну, а раз так, то выходит, что фотон вообще не должен попасть в кусок стекла. И это на самом деле достаточно легко зафиксировать — приборы, способные зарегистрировать факт прохождения через стекло одиночного фотона, уже существуют.
Как видите, этот эксперимент в принципе можно провести даже в обычной городской квартире — для него не нужны специальные условия. И это весьма обнадежило многих экспериментаторов — у них впервые появилась возможность наконец-то «поймать» эту неуловимую квантовую пену. Сейчас методика Бекенштейна активно обсуждается и проверяется, и если результаты таких проверок будут удовлетворительными, то предложенный им эксперимент может быть поставлен уже в ближайшее время…
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Гипотеза «квантовой пены» объяснила загадку космической энергии
Американский физик Стивен Карлип предложил новую теорию, объясняющую, почему пустое пространство кажется наполненным огромным количеством энергии. Для этого ему понадобилась новая трактовка квантовой пены.
Традиционная теория говорит, что пространство-время должно быть наполнено огромным количеством энергии — примерно на 10 в 120 степени больше, чем обнаружили ученые. Многие годы теоретики выдвигали объяснения, чаще всего пытаясь как-то сократить объем энергии. Но безрезультатно. Стивен Карлип из Калифорнийского университета, напротив, предполагает, что вся эта энергия присутствует, только не имеет связи с расширением Вселенной, поскольку нечто сводит на нет ее воздействие на уровне планковских единиц, пишет Phys.org.
Многие ученые с тех пор исследовали гипотезу квантовой пены, но пришли к выводу, что она неверно предсказывает космологическую постоянную. Карлип предложил решение этой проблемы.
Он предположил, что если «пространственно-временная пена» существует, энергия будет существовать повсюду в вакууме — но если попытаться ее рассмотреть, то видно будет только микроскопические области размером с планковские единицы, каждая из которых то расширяется, то сжимается. И доказал, что на макроскопическом уровне космологическая постоянная будет нулевой.
Загадку барионной асимметрии, или исчезновения антиматерии из Вселенной, решили недавно трое физиков. Для этого им пришлось предположить существование еще двух бозонов Хиггса, которые сообща аннигилировали почти всю антиматерию. Преимущество их теории в том, что они описали, как можно обнаружить эти бозоны.
Ученые говорят, что Вселенная состоит из крошечных пузырьков, содержащих мини-вселенные (2 фото + 1 видео)
Эта проекция работает при рассмотрении небольших областей пространства-времени. Но когда Эйнштейн применил ее ко всей вселенной, его предсказания не соответствовали факту. Тогда, Эйнштейн ввел «космологическую постоянную», фиксированное значение, которое представляет собой своего рода антигравитацию, антимассу и антиэнергию, противодействующие эффектам гравитации. Но после того, как ученые обнаружили, что Вселенная расширяется, а не статична, как полагал Эйнштейн, космологическая постоянная была «обнулена» и более или менее игнорировалась. Но потом мы узнали, что расширение Вселенной ускоряется, и уже после этого ученым стало невозможно игнорировать антигравитационное предположение Эйнштейна.
То, что раньше считалось пустым пространством во вселенной, теперь должно было быть заполнено огромным количеством таинственной анти-энергии, чтобы объяснить наблюдения за постоянно ускоряющимся расширением вселенной. Несмотря на это, наблюдения за расширением вселенной предполагают, что эта энергия на 60–120 порядков ниже, чем предсказывает относительно новая квантовая теория поля.
Это означает, что вся эта дополнительная энергия почему-то отсутствует, когда мы смотрим на вселенную в целом; либо она эффективно скрыта, либо по своей природе очень отличается от той энергии, о которой мы знаем.
Сегодня физики-теоретики пытаются примирить эти загадки, исследуя структуру так называемого «пространства-времени» во вселенной в наименьшем возможном масштабе, с удивительными догадками: пространство-время может быть не батутоподобной плоскостью, как когда-то предполагали ученые, а это может быть пенистый беспорядок пузырьков, каждый из которых содержит мини-вселенные, живущие и умирающие внутри нашей собственной.
Что такое пена пространства-времени?
Чтобы попытаться разгадать тайну того, что наполняет вселенную, ученые изучают возможность того, что она на самом деле наполнена пузырьками.
В 1955 году влиятельный физик Джон Уилер (John Wheeler) предположил, что на квантовом уровне пространство-время не является постоянным, а «пенистым», состоящим из постоянно меняющихся крошечных пузырьков. Что касается того, из чего эти пузыри «сделаны», недавнее исследование предполагает, что пузыри пространства-времени по существу являются мини-вселенными, в сжатом виде формирующимися внутри нашей собственной.
Предположение о пене пространства-времени прекрасно согласуется с внутренней неопределенностью и недетерминированностью квантового мира. Пространственно-временная пена распространяет квантовую неопределенность в положении и импульсе частицы на саму ткань вселенной, так что ее геометрия не является стабильной, непротиворечивой или фиксированной в микро масштабах.
Физик-теоретик Й. Джек Нг (Y. Jack Ng) из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, объяснил иллюстрацию идеи Уилера о пене в пространстве-времени, в которой он использовал аналогию с поверхностью океана, следующим образом:
Представьте, что вы летите на самолете над океаном. На больших высотах океан кажется гладким. Но когда вы спускаетесь, то начинает показываться неровность поверхности. Достаточно близко к поверхности океана, вы видите пузыри и пену. Аналогично, пространство-время кажется гладким в больших масштабах; но в достаточно небольших масштабах оно будет выглядеть бурным и пенистым.
Профессор Стивен Карлип (Steven Carlip) из Калифорнийского университета в Дэвисе опубликовал новое исследование, основанное на квантовой теории пены Уилера, чтобы показать, что пузырьки пространства-времени могут «скрывать» космологическую постоянную в большом масштабе.
Карлип называет пространственно-временную пену «сложной микроскопической структурой». Ее почти можно представить себе как расширяющуюся вселенную, образованную крошечными расширяющимися и сжимающимися вселенными в каждой точке пространства-времени. Карлип считает, что, возможно, с течением времени каждая расширяющаяся область пространства-времени производит сложную структуру, и они сами заполнены крошечными вселенными в каждой точке.
Самые маленькие компьютеры во вселенной и Теория всего
Идея квантовой пены дает нечто большее, чем только решение проблемы космологической постоянной, но и решает другие загадки в физике, таких как черные дыры, квантовые компьютеры и темная энергия.
В статье Джека Нг (Y. Jack Ng) предполагается, что пена пространства-времени является ключом к окончательному объединению и объяснению феномена как в квантовом, так и в космологическом масштабе, что ведет нас к неуловимой Теории Всего. Такая теория объясняет области физики, которые в настоящее время независимы, а порой и противоречивы, в рамках единой системы.
Как и Карлип, Нг также получает большое значение для положительной космологической постоянной, используя модель пузырьков пространства-времени. Но для этого он рассматривает «пузыри» в квантовой пене как крошечные компьютеры вселенной, кодирующие и обрабатывающие информацию.
Помните: квантовая пена содержит пузырьки неопределенности в пространстве и времени. Чтобы измерить «пузырящее» пространство-время, Нг предлагает провести мысленный эксперимент с участием часов, сгруппированных в сферический объем пространства-времени, которые передают и принимают световые сигналы, и измеряют время, которое требуется для получения сигналов.
Используя другие известные связи между энергией и квантовыми вычислениями и ограничение массы внутри сферы, чтобы избежать образования черной дыры, Нг утверждает, что неопределённость, присущая вселенной квантового масштаба и которая задает насколько точно (или неточно) мы можем измерить геометрию пространства-времени, также ограничивает максимальное количество информации, которую могут хранить эти пузырьковые компьютеры, и их вычислительную мощность.
Расширяя этот результат для всей вселенной, а не для изолированного объема пространства-времени, Нг показывает, что пена пространства-времени эквивалентна темной энергии и темной материи, поскольку обычная материя не способна хранить и вычислять максимальное количество информации, которую он извлекает из цели измерения.
Ключевой вывод из работы Нг заключается в следующем: не только можно измерить и исследовать пространственно-временную пену концептуально, но она также может объяснить ускорение Вселенной путем соединения квантовой физики, общей теории относительности и темной энергии. Нг считает, что Теория Всего теперь вполне достижима.
Что меньше квантовой пены
Ну например вот так.
Принцип неопределённости Гейзенберга (или Гайзенберга) в квантовой механике — фундаментальное соображение (соотношение неопределённостей), устанавливающее предел точности одновременного определения пары характеризующих систему квантовых наблюдаемых, описываемых некоммутирующими операторами (например, координаты и импульса, тока и напряжения, электрического и магнитного полей).
Ну? Любители поточнее, как? Зашло?
Он придумал и развил, основываясь строго на Общей теории относительности и квантовой физике, теорию Инфляционной вселенной.
Есть ряд наиболее крепких, логичных и соответствующих именно физическим законам и теории относительности.
Правда для начала такого взрыва нужно.
Что такое струнная теория? Всё состоит из мельчайший струн, предполагает она. Струны вибрируют и создают те или иные колебания. струны скорее всего спрятаны в кварках. Точно узнать пока невозможно, не хватает мощности ускорителей.
НО. Есть ряд вещей, указующих на правильность данного направления.
Но это факт, поэтому и работает всё наше электрическое, потому что электрон такой вот больной на голову.
Дальше думал Шрёдингер. И додумался до кота и уравнения этой самой волны, которая, пока её не оглядишь, где угодно может быть, ну или как минимум в двух местах сразу.
И придумал гипотетический эксперимент, с бедным котом.
Мы не смотрели на ядро, не ИЗМЕРЯЛИ его никак, ящик гипотетически не промеряемый ничем. Жив котяра?
Выбор стихии, природы как он есть.
Однако сие совсем не логично и подобный Выбор Мироздания почти, почти, почти невозможен. Почти. Об этом «почти» тоже стоит помнить. Ибо вероятность таки есть.
Гипотетическая квантовая пена.
Пока думаю довольно. Следом надо будет «разгрести» ответы на прошлые вопросы и выложить и уже следом, буду третью часть делать.