Latha Cosmonautics sona dhut! Chuir sinn chun taigh-chlò-bhualaidh e . B’ ann anns na làithean sin a sheall speuradairean don t-saoghal air fad cò ris a tha tuill dhubh coltach. Co-thuiteamas? Chan eil sinn a’ smaoineachadh sin 😉 Mar sin fuirich, nochdaidh leabhar iongantach a dh’ aithghearr, air a sgrìobhadh le Steven Gabser agus France Pretorius, air eadar-theangachadh leis an speuradair mìorbhaileach Pulkovo aka Astrodedus Kirill Maslennikov, deasaichte gu saidheansail leis an uirsgeulach Vladimir Surdin agus le taic bho fhoillseachadh leis an eòlaiche-inntinn ainmeil Pulkovo. Stèidheachd Trajectory.
Earrann “Thermodynamics of black holes” fon ghearradh.
Gu ruige seo, tha sinn air beachdachadh air tuill dhubh mar nithean astrophysical a chaidh a chruthachadh aig àm spreadhaidhean supernova no a tha nan laighe ann am meadhan galaxies. Bidh sinn gan coimhead gu neo-dhìreach le bhith a’ tomhas luathachadh nan rionnagan faisg orra. Bha an lorg ainmeil aig LIGO air tonnan grabhataidh air 14 Sultain 2015 na eisimpleir de bhith a’ coimhead nas dìriche air tubaistean tuill dhubh. Is iad na h-innealan matamataigeach a bhios sinn a’ cleachdadh gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air nàdar tuill dhubh: geoimeatraidh diofraichte, co-aontaran Einstein, agus dòighean mion-sgrùdaidh agus àireamhach cumhachdach a thathas a’ cleachdadh gus co-aontaran Einstein fhuasgladh agus cunntas a thoirt air geoimeatraidh ùine-fànais a dh’ adhbhraicheas tuill dhubh. Agus cho luath ‘s as urrainn dhuinn cunntas cainneachdail iomlan a thoirt seachad air an ùine-fànais a ghineadh le toll dubh, bho shealladh speuradaireachd, faodar beachdachadh air cuspair tuill dhubh dùinte. Bho shealladh teòiridheach nas fharsainge, tha mòran rùm ann fhathast airson sgrùdadh. Is e adhbhar na caibideil seo cuid de na h-adhartasan teòiridheach ann am fiosaig tuill dhubh an latha an-diugh a shoilleireachadh, anns a bheil beachdan bho thermodynamics agus teòiridh cuantamach air an cur còmhla ri càirdeas coitcheann gus bun-bheachdan ùra ris nach robh dùil a chruthachadh. Is e am beachd bunaiteach nach e dìreach nithean geoimeatrach a th’ ann an tuill dhubh. Tha teòthachd aca, tha entropy mòr aca, agus faodaidh iad taisbeanaidhean de dhol an sàs cuantamach a nochdadh. Bidh na còmhraidhean againn mu na taobhan thermodynamic agus cuantamach de fhiosaig tuill dhubh nas sgàineadh agus nas uachdar na mion-sgrùdadh air na feartan geoimeatrach a-mhàin de ùine-fànais ann an tuill dhubh a chaidh a thaisbeanadh anns na caibideilean roimhe seo. Ach tha iad sin, agus gu sònraichte an cuantam, nam pàirt riatanach agus deatamach den rannsachadh teòiridheach leantainneach air tuill dhubh, agus feuchaidh sinn gu cruaidh ri innse, mura h-eil am mion-fhiosrachadh iom-fhillte, an uairsin co-dhiù spiorad nan obraichean sin.
Ann an càirdeas coitcheann clasaigeach - ma bhios sinn a 'bruidhinn mu dheidhinn geoimeatraidh eadar-dhealaichte de fhuasglaidhean airson co-aontaran Einstein - tha tuill dhubh dha-rìribh dubh anns an fhaireachdainn nach urrainn dad teicheadh bhon deidhinn. Sheall Stephen Hawking gu bheil an suidheachadh seo ag atharrachadh gu tur nuair a bheir sinn aire do bhuaidhean cuantamach: bidh tuill dhubh a’ tionndadh a-mach gus rèididheachd a chuir a-mach aig teòthachd sònraichte, ris an canar teòthachd Hawking. Airson tuill dhubh de mheudan astrophysical (is e sin, bho mhòran stellar gu tuill dhubh supermassive), tha an teòthachd Hawking glè bheag an taca ri teòthachd cùl-raon cosmaigeach microwave - an rèididheachd a lìonas an Cruinne-cè gu lèir, a dh'fhaodas, leis an t-slighe, e fhèin a bhith air a mheas mar chaochladh de rèididheachd Hawking. Tha àireamhachadh Hawking gus teòthachd tuill dhubh a dhearbhadh mar phàirt de phrògram rannsachaidh nas motha ann an raon ris an canar thermodynamics toll dubh. Is e pàirt mhòr eile den phrògram seo sgrùdadh air entropy tuill dhubh, a bhios a’ tomhas na tha de dh’fhiosrachadh air chall am broinn toll dubh. Tha entropy cuideachd aig nithean àbhaisteach (leithid muga uisge, bloc de magnesium fìor-ghlan, no rionnag), agus is e aon de na prìomh aithrisean air thermodynamics toll dubh gu bheil barrachd entropy aig toll dubh de mheud sònraichte na cruth sam bith eile. de stuth a dh’ fhaodadh a bhith taobh a-staigh raon den aon mheud, ach às aonais toll dubh a chruthachadh.
Ach mus dèan sinn dàibheadh gu domhainn a-steach do na cùisean co-cheangailte ri rèididheachd Hawking agus entropy tuill dhubh, bheir sinn air falbh gu sgiobalta a-steach do raointean meacanaig cuantamach, thermodynamics, agus dol an sàs. Chaidh meacanaig Quantum a leasachadh sa mhòr-chuid anns na 1920n, agus b’ e am prìomh adhbhar aige cunntas a thoirt air mìrean glè bheag de stuth, leithid dadaman. Mar thoradh air leasachadh meacanaig cuantamach chaidh crìonadh air bun-bheachdan bunaiteach fiosaig mar an dearbh shuidheachadh de ghràinean fa leth: thionndaidh e a-mach, mar eisimpleir, nach urrainnear suidheachadh dealanach mar a ghluaiseas e timcheall niuclas atamach a dhearbhadh gu ceart. An àite sin, chaidh orbitan ris an canar a thoirt dha na dealanan, anns nach urrainnear na dearbh shuidheachadh aca a dhearbhadh ach ann an dòigh coltach. Airson ar n-adhbharan, ge-tà, tha e cudromach gun a bhith a 'gluasad ro luath chun an taobh seo de rudan coltach. Gabhamaid an eisimpleir as sìmplidhe: an hydrogen atom. Is dòcha gu bheil e ann an staid quantum sònraichte. Is e an staid as sìmplidh de atom hydrogen, ris an canar staid na talmhainn, an stàit leis an lùth as ìsle, agus tha fios gu cinnteach air an lùth seo. San fharsaingeachd, tha meacanaig quantum a’ leigeil leinn (ann am prionnsapal) eòlas fhaighinn air staid siostam cuantamach sam bith le làn chinnt.
Bidh coltachd a 'tighinn a-steach nuair a bhios sinn a' faighneachd seòrsaichean sònraichte de cheistean mu shiostam meacanaigeach cuantamach. Mar eisimpleir, ma tha e cinnteach gu bheil haidridean atom ann an staid na talmhainn, faodaidh sinn faighneachd, "Càit a bheil an dealanan?" agus a rèir laghan cuantamach
meacanaig, chan fhaigh sinn ach beagan tuairmse air coltachd na ceiste seo, timcheall air rudeigin mar: “is dòcha gu bheil an dealan suidhichte aig astar suas ri leth angstrom bho niuclas haidridean atom” (tha aon angstrom co-ionann ri 
meatairean). Ach tha an cothrom againn, tro phròiseas fiosaigeach sònraichte, suidheachadh an dealanach a lorg mòran nas cruinne na gu aon angstrom. Tha am pròiseas gu math cumanta seo ann am fiosaig a’ toirt a-steach a bhith a’ losgadh photon le tonn-tonn glè ghoirid a-steach do eleactron (no, mar a chanas fiosaig, a’ sgapadh photon le dealan) - às deidh sin is urrainn dhuinn suidheachadh an dealanach ath-chruthachadh aig àm sgapadh le inneal. cruinneas timcheall air co-ionann ris an tonn-tonn photon. Ach atharraichidh am pròiseas seo staid an dealanach, gus nach bi e ann an staid talmhainn an atom haidridean tuilleadh agus nach bi lùth soilleir aige. Ach airson ùine bidh a shuidheachadh cha mhòr dìreach air a dhearbhadh (le tonn-tonn an fhoton a chaidh a chleachdadh airson seo ceart). Chan urrainnear tuairmse tòiseachaidh a dhèanamh air suidheachadh an dealanach ach ann an seagh probabilistic le neo-mhearachdachd timcheall air aon angstrom, ach aon uair ‘s gu bheil sinn air a thomhas tha fios againn dè dìreach a bh’ ann. Ann an ùine ghoirid, ma thomhaiseas sinn siostam meacanaigeach cuantamach ann an dòigh air choreigin, an uairsin, anns an t-seagh àbhaisteach co-dhiù, bidh sinn ga “sparradh” gu stàit le luach sònraichte den mheud a tha sinn a’ tomhas.
Tha meacanaig Quantum a’ buntainn chan ann a-mhàin ri siostaman beaga, ach (tha sinn a’ creidsinn) ris a h-uile siostam, ach airson siostaman mòra bidh na riaghailtean meacanaigeach cuantamach gu luath a’ fàs gu math toinnte. Is e prìomh bhun-bheachd ceangal cuantamach, agus is e eisimpleir sìmplidh de sin bun-bheachd snìomh. Tha snìomh aig dealanan fa leth, agus mar sin ann an cleachdadh faodaidh snìomh a bhith air a stiùireadh suas no sìos aig aon dealanan a thaobh axis spàsail taghte. Is e meud faicsinneach a th’ ann an snìomh dealanan leis gu bheil an dealan a’ gineadh raon magnetach lag, coltach ri raon bàr magnetach. An uairsin tha snìomh suas a’ ciallachadh gu bheil pòla a tuath an dealanach a’ comharrachadh sìos, agus tha snìomh sìos a’ ciallachadh gu bheil am pòla a tuath a’ comharrachadh suas. Faodar dà eleactron a chuir ann an staid cuantamach co-chuingealaichte, anns a bheil snìomh suas aig aon dhiubh agus snìomh sìos aig an fhear eile, ach chan urrainnear innse dè an dealan aig a bheil an snìomh. Gu dearbh, ann an staid talmhainn atom helium, tha dà eactron anns an dearbh staid seo, ris an canar spin singlet, leis gu bheil snìomh iomlan an dà eleactronan neoni. Ma dealaicheas sinn an dà eleactronan seo gun a bhith ag atharrachadh an spins, faodaidh sinn fhathast a ràdh gur e snìomh singlets a th’ annta còmhla, ach chan urrainn dhuinn fhathast a ràdh dè an snìomh a bhiodh aig gach fear dhiubh leotha fhèin. A-nis, ma tha sinn a 'tomhas aon de na snìomhan aca agus a' dearbhadh gu bheil e air a stiùireadh suas, bidh sinn gu tur cinnteach gu bheil an dàrna fear air a stiùireadh sìos. Anns an t-suidheachadh seo, tha sinn ag ràdh gu bheil na snìomhan an sàs - chan eil luach cinnteach aca leis fhèin, agus còmhla tha iad ann an staid cuantamach cinnteach.
Bha Einstein gu math iomagaineach mu dheidhinn an t-iongantas mu bhith a 'dol an sàs: bha e coltach gu robh e a' bagairt bun-phrionnsabalan teòiridh càirdeas. Beachdaichidh sinn air cùis dà eleactronan ann an staid snìomh singilte, nuair a tha iad fada bho chèile san fhànais. Gus a bhith cinnteach, leig le Alice aon dhiubh a thoirt agus Bob a ghabhail am fear eile. Canaidh sinn gun do thomhais Alice snìomh an dealanach aice agus gun do lorg i gu robh e air a stiùireadh suas, ach cha do thomhais Bob dad. Gus an do rinn Alice a tomhas, cha robh e comasach innse dè an snìomh a bh 'aig an dealan. Ach cho luath 's a chuir i crìoch air a tomhas, bha fios aice gu cinnteach gun robh snìomh an dealanach aig Bob air a stiùireadh sìos (an taobh mu choinneamh snìomh an dealanach aice fhèin). A bheil seo a’ ciallachadh gun do chuir an tomhas aice sa bhad dealanan Bob ann an staid snìomh? Ciamar a dh’ fhaodadh seo tachairt ma tha na dealanan air an sgaradh gu spàsail? Bha Einstein agus a cho-obraichean Nathan Rosen agus Boris Podolsky a 'faireachdainn gu robh an sgeulachd mu bhith a' tomhas shiostaman ceangailte cho dona 's gu robh e a' bagairt gu robh meacanaig cuantamach ann. Bidh am Paradox Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) a chuir iad ri chèile a’ cleachdadh deuchainn smaoineachaidh coltach ris an fhear a thuirt sinn dìreach gus co-dhùnadh nach urrainn meacanaig cuantamach a bhith na thuairisgeul iomlan air fìrinn. A-nis, stèidhichte air an rannsachadh teòiridheach às deidh sin agus mòran tomhais, chaidh an co-aontachd coitcheann a stèidheachadh gu bheil mearachd ann am paradocs EPR agus gu bheil an teòiridh cuantamach ceart. Tha ceangal meacanaigeach cuantamach fìor: bidh tomhas de shiostaman an sàs ann an co-cheangal eadhon ged a tha na siostaman fada bho chèile ann an ùine fànais.
Rachamaid air ais chun an t-suidheachaidh far an do chuir sinn dà eleactronan ann an staid spin singlet agus thug sinn dha Alice agus Bob iad. Dè as urrainn dhuinn innse mu eleactronan mus tèid tomhas a dhèanamh? Gu bheil an dithis aca còmhla ann an staid cuantamach sònraichte (spin-singlet). Tha snìomh dealanach Alice a cheart cho dualtach a bhith air a stiùireadh suas no sìos. Nas mionaidiche, faodaidh staid cuantamach an dealanan aige le coltachd co-ionann a bhith aon (snìomh suas) no am fear eile (snìomh sìos). A-nis dhuinne tha bun-bheachd coltachd a’ gabhail brìgh nas doimhne na bha e roimhe. Roimhe sin thug sinn sùil air staid cuantamach sònraichte (staid talmhainn an atom haidridean) agus chunnaic sinn gu bheil cuid de cheistean “mì-ghoireasach” ann, leithid “Càit a bheil an dealanan?” - ceistean air nach eil na freagairtean ann ach ann an seagh coltachd. Nan cuireadh sinn ceistean “math”, leithid “Dè an lùth a th’ aig an dealan seo?”, gheibheadh sinn freagairtean cinnteach. A-nis, chan eil ceistean “math” ann as urrainn dhuinn faighneachd mu dheidhinn dealan Alice aig nach eil freagairtean a tha an urra ri dealanan Bob. (Chan eil sinn a 'bruidhinn mu dheidhinn ceistean gòrach mar "A bheil eadhon snìomh aig electron Alice?" - ceistean nach eil ach aon fhreagairt ann.) Mar sin, gus crìochan aon leth den t-siostam a tha air a dhol a-steach a dhearbhadh, feumaidh sinn a chleachdadh cànan probachail. Chan eil cinnt ag èirigh ach nuair a bheachdaicheas sinn air a’ cheangal eadar na ceistean a dh’ fhaodadh Alice agus Bob faighneachd mu na dealanan aca.
Thòisich sinn a dh’aona ghnothach le aon de na siostaman meacanaigeach cuantamach as sìmplidh as aithne dhuinn: an siostam snìomh de eleactronan fa leth. Tha dòchas ann gun tèid coimpiutairean cuantamach a thogail air bunait nan siostaman sìmplidh sin. Canar qubits ris an t-siostam snìomh de eleactronan fa leth no siostaman cuantamach eile a-nis (goirid airson “quantum bits”), a’ cur cuideam air an àite aca ann an coimpiutairean cuantamach, coltach ris an àite a th’ aig pìosan àbhaisteach ann an coimpiutairean didseatach.
Smaoinich sinn a-nis gun do chuir sinn siostam cuantamach mòran nas iom-fhillte an àite gach dealanach le mòran, chan e dìreach dà, stàitean cuantamach. Mar eisimpleir, thug iad Alice agus Bob bàraichean de fìor-magnesium. Mus tèid Alice agus Bob an dòighean fa-leth, faodaidh na bàraichean aca eadar-obrachadh, agus tha sinn ag aontachadh le bhith a’ dèanamh seo gum faigh iad suidheachadh cuantamach sònraichte. Cho luath ‘s a bhios Alice agus Bob a’ dealachadh, stadaidh na bàraichean magnesium aca ag eadar-obrachadh. Mar a tha ann an cùis eleactronan, tha gach bàr ann an staid cuantamach neo-chinnteach, ged a tha iad còmhla, mar a tha sinn a 'creidsinn, a' cruthachadh staid a tha air a dheagh mhìneachadh. (Anns an deasbad seo, tha sinn a’ gabhail ris gu bheil e comasach dha Alice agus Bob na bàraichean magnesium aca a ghluasad gun a bhith a’ cur dragh air an staid a-staigh aca ann an dòigh sam bith, dìreach mar a bha sinn a’ gabhail ris roimhe gum b’ urrainn dha Alice agus Bob na dealanan aca a sgaradh gun a bhith ag atharrachadh an cuid spins.) Ach tha eadar-dhealachadh Is e an eadar-dhealachadh eadar an deuchainn smaoineachaidh seo agus an deuchainn dealanach gu bheil a’ mhì-chinnt ann an staid cuantamach gach bàr fìor mhòr. Is dòcha gum faigh am bàr barrachd stàitean cuantamach na an àireamh de dadaman anns a’ Cruinne-cè. Seo far a bheil thermodynamics a 'tighinn a-steach. Faodaidh cuid de fheartan macroscopach a tha air an deagh mhìneachadh a bhith aig siostaman fìor mhì-mhìnichte. Is e feart den leithid, mar eisimpleir, teòthachd. Tha teòthachd na thomhas air cho dualtach sa tha pàirt sam bith de shiostam lùth cuibheasach sònraichte a bhith aige, le teodhachd nas àirde a rèir mar a tha e nas coltaiche gum bi barrachd lùth ann. Is e paramadair thermodynamic eile entropy, a tha gu ìre mhòr co-ionann ri logarithm an àireamh de stàitean a dh’ fhaodas siostam gabhail ris. Is e feart thermodynamic eile a bhiodh cudromach airson bàr magnesium an magnetachadh lìon aige, a tha gu ìre mhòr na pharameter a sheallas na tha a bharrachd de eleactronan snìomh anns a’ bhàr na dealanan spin-down.
Thug sinn thermodynamics a-steach don sgeulachd againn mar dhòigh air cunntas a thoirt air siostaman aig nach eil fios cinnteach air na stàitean cuantamach aca air sgàth gu bheil iad an sàs ann an siostaman eile. Tha Thermodynamics na inneal cumhachdach airson mion-sgrùdadh a dhèanamh air a leithid de shiostaman, ach cha robh an luchd-cruthachaidh idir a’ faicinn a chleachdadh san dòigh seo. Bha Sadi Carnot, Seumas Joule, Rudolf Clausius nam figearan den tionndadh gnìomhachais san XNUMXmh linn, agus bha ùidh aca anns na ceistean as practaigeach: ciamar a tha einnseanan ag obair? Is e cuideam, tomhas-lìonaidh, teòthachd agus teas feòil is fuil einnseanan. Shuidhich Carnot nach urrainn lùth ann an cruth teas a thionndadh gu tur gu obair fheumail leithid togail luchdan. Bidh cuid de lùth an-còmhnaidh air a chaitheamh. Chuir Clausius gu mòr ri cruthachadh a’ bheachd air entropy mar inneal uile-choitcheann airson call lùtha a dhearbhadh ann am pròiseas sam bith co-cheangailte ri teas. B 'e a phrìomh choileanadh a bhith a' toirt a-mach nach bi entropy a 'dol sìos - cha mhòr a h-uile pròiseas bidh e ag àrdachadh. Canar pròiseasan anns a bheil àrdachadh entropy neo-atharrachail, dìreach leis nach urrainn dhaibh a dhol air ais às aonais lùghdachadh ann an entropy. Chaidh an ath cheum a dh'ionnsaigh leasachadh meacanaig staitistigeil a ghabhail le Clausius, Maxwell agus Ludwig Boltzmann (am measg mòran eile) - sheall iad gur e tomhas de mhì-rian a th 'ann an entropy. Mar as trice, mar as motha a nì thu rudeigin, is ann as motha de mhì-rian a chruthaicheas tu. Agus eadhon ged a dhealbhaicheas tu pròiseas a tha ag amas air òrdugh a thoirt air ais, bidh e do-sheachanta gun cruthaich e barrachd entropy na thèid a sgrios - mar eisimpleir, le bhith a’ leigeil às teas. Bidh crann a bhios a’ suidheachadh sailean stàilinn ann an òrdugh foirfe a’ cruthachadh òrdugh a thaobh rèiteachadh nan sailean, ach fhad ‘s a bhios e ag obair bidh e a’ gineadh uimhir de theas gu bheil an entropy iomlan fhathast ag àrdachadh.
Ach fhathast, chan eil an eadar-dhealachadh eadar sealladh thermodynamics de luchd-fiosaig bhon XNUMXmh linn agus an sealladh co-cheangailte ri ceangal cuantamach cho mòr sa tha e coltach. Gach uair a bhios siostam ag eadar-obrachadh le àidseant bhon taobh a-muigh, bidh a staid cuantamach a’ dol an sàs ann an staid cuantamach an neach-ionaid. Mar as trice, bidh an ceangal seo a ‘leantainn gu àrdachadh ann an mì-chinnt mu staid quantum an t-siostaim, ann am faclan eile, gu àrdachadh anns an àireamh de stàitean cuantamach anns am faod an siostam a bhith. Mar thoradh air eadar-obrachadh le siostaman eile, bidh entropy, air a mhìneachadh a thaobh an àireamh de stàitean cuantamach a tha rim faighinn san t-siostam, mar as trice ag àrdachadh.
San fharsaingeachd, tha meacanaig quantum a’ toirt seachad dòigh ùr air siostaman fiosaigeach a chomharrachadh anns am bi cuid de pharamadairean (leithid suidheachadh san fhànais) a’ fàs mì-chinnteach, ach gu tric bidh feadhainn eile (leithid lùth) air an aithneachadh le cinnt. A thaobh ceangal cuantamach, tha staid cuantamach cumanta aithnichte aig dà phàirt bunaiteach eadar-dhealaichte den t-siostam, agus tha staid neo-chinnteach aig gach pàirt fa leth. Is e eisimpleir àbhaisteach de dhol an sàs paidhir snìomh ann an aon staid, anns nach eil e comasach innse dè an snìomh a tha suas agus dè a tha sìos. Tha mì-chinnt na stàite cuantamach ann an siostam mòr a’ feumachdainn dòigh-obrach thermodynamic anns a bheil eòlas fìor mhath air paramadairean macroscopic leithid teòthachd agus entropy, eadhon ged a tha mòran stàitean cuantamach microscopach aig an t-siostam.
Às deidh dhuinn ar turas goirid a chrìochnachadh gu raointean meacanaig cuantamach, dol an sàs agus thermodynamics, leig dhuinn a-nis feuchainn ri tuigsinn mar a tha seo uile a’ leantainn gu tuigse gu bheil teòthachd aig tuill dhubh. Chaidh a 'chiad cheum a dh'ionnsaigh seo a dhèanamh le Bill Unruh - sheall e gum bi teòthachd aig neach-amhairc luathachaidh ann an àite còmhnard co-ionann ris an luathachadh aige air a roinn le 2π. Is e an iuchair airson àireamhachadh Unruh nach fhaic neach-amhairc a tha a’ gluasad le luathachadh cunbhalach ann an stiùireadh sònraichte ach leth den ùine fhànais rèidh. Tha an dàrna leth gu bunaiteach air cùl fàire coltach ri toll dubh. An toiseach tha e a 'coimhead do-dhèanta: ciamar as urrainn do ùine-fànais rèidh a bhith gad ghiùlan fhèin mar fhàire toll dubh? Gus tuigse fhaighinn air mar a thionndaidheas seo, leig dhuinn fios a chuir air ar luchd-amhairc dìleas Alice, Bob agus Bill airson cuideachadh. Aig ar n-iarrtas, tha iad a 'dol suas, le Alice eadar Bob agus Bill, agus tha an astar eadar an luchd-amhairc anns gach paidhir dìreach 6 cilemeatair. Dh’ aontaich sinn aig àm neoni gun leum Alice a-steach don rocaid agus itealaich a dh’ ionnsaigh Bill (agus mar sin air falbh bho Bob) le luathachadh cunbhalach. Tha an rocaid aige fìor mhath, comasach air luathachadh a leasachadh 1,5 trillion uair nas motha na an luathachadh grabhataidh leis am bi nithean a’ gluasad faisg air uachdar na Talmhainn. Gu dearbh, chan eil e furasta dha Alice seasamh an aghaidh a leithid de luathachadh, ach, mar a chì sinn a-nis, tha na h-àireamhan sin air an taghadh airson adhbhar; aig deireadh an latha, chan eil sinn ach a’ bruidhinn air cothroman a dh’fhaodadh a bhith ann, sin agad. Dìreach aig an àm nuair a leumas Alice a-steach don rocaid aice, bidh Bob agus Bill a ’crathadh thuice. (Tha a 'chòir againn an abairt "dìreach an-dràsta nuair a ..." a chleachdadh, oir ged nach eil Alice air a turas-adhair a thòiseachadh fhathast, tha i san aon fhrèam fiosrachaidh ri Bob agus Bill, gus an urrainn dhaibh uile na clocaichean aca a shioncronachadh. .) Le bhith a’ crathadh Alice, gu dearbh, chì i Bill rithe: ge-tà, leis a bhith sa rocaid, chì i e na bu thràithe na bhiodh seo air tachairt nam biodh i air fuireach far an robh i, oir tha a rocaid còmhla rithe ag itealaich gu mionaideach thuige. Air an làimh eile, tha i a 'gluasad air falbh bho Bob, agus mar sin faodaidh sinn gu reusanta gabhail ris gum faic i e a' crathadh rithe beagan nas fhaide na bhiodh i air fhaicinn nam biodh i air fuireach san aon àite. Ach tha an fhìrinn eadhon nas iongantaiche: chan fhaic i Bob idir! Ann am faclan eile, cha bhith na photons a bhios ag itealaich bho làmh sèididh Bob gu Alice gu bràth a ’faighinn suas rithe, eadhon leis nach bi i comasach air astar an t-solais a ruighinn gu bràth. Nam biodh Bob air tòiseachadh a’ crathadh, agus e beagan na b’ fhaisge air Alice, bhiodh na photons a bha ag itealaich air falbh bhuaithe nuair a dh’ fhalbh i air a dhol seachad oirre, agus nam biodh e beagan na b’ fhaide air falbh, cha bhiodh iad air a dhol seachad oirre. Is ann san t-seagh seo a chanas sinn nach eil Alice a’ faicinn ach leth den ùine fànais. Aig an àm a thòisicheas Alice a’ gluasad, tha Bob beagan nas fhaide na fàire a chì Alice.
Anns an deasbad againn mu dhol an sàs cuantamach, tha sinn air fàs cleachdte ris a’ bheachd, eadhon ged a tha staid cuantamach sònraichte aig siostam meacanaigeach cuantamach gu h-iomlan, is dòcha nach bi e aig cuid de phàirtean dheth. Gu dearbh, nuair a bhios sinn a 'bruidhinn air siostam cuantamach iom-fhillte, faodaidh cuid dheth a bhith air a chomharrachadh gu mionaideach a thaobh thermodynamics: faodar teòthachd a tha air a dheagh mhìneachadh a thoirt dha, a dh' aindeoin staid cuantamach fìor mhì-chinnteach an t-siostaim gu lèir. Tha an sgeulachd mu dheireadh againn anns a bheil Alice, Bob agus Bill car coltach ris an t-suidheachadh seo, ach tha an siostam quantum air a bheil sinn a’ bruidhinn an seo a’ toirt ùine falamh, agus chan eil Alice a’ faicinn ach leth dheth. Dèan cinnteach gu bheil ùine-fànais gu h-iomlan na staid talmhainn, a tha a’ ciallachadh nach eil mìrean sam bith ann (gu dearbh, gun a bhith a’ cunntadh Alice, Bob, Bill agus an rocaid). Ach cha bhi am pàirt den ùine-fànais a chì Alice ann an staid na talmhainn, ach ann an staid a tha ceangailte ris a’ phàirt dheth nach eil i a’ faicinn. Tha an ùine-fànais a tha Alice a’ faicinn ann an staid chuantamach iom-fhillte, neo-chinnteach air a chomharrachadh le teòthachd cuibhrichte. Tha àireamhachadh Unruh a’ sealltainn gu bheil an teòthachd seo timcheall air 60 nanokelvins. Ann an ùine ghoirid, mar a bhios Alice a’ luathachadh, tha e coltach gu bheil i air a bogadh ann an amar blàth de rèididheachd le teòthachd co-ionann (ann an aonadan iomchaidh) ris an luathachadh air a roinn le
Reis. 7.1. Bidh Alice a’ gluasad le luathachadh bho fois, fhad ‘s a tha Bob agus Bill fhathast gun ghluasad. Tha luathachadh Alice dìreach cho mòr is nach fhaic i gu bràth na photons a bhios Bob a’ cur air adhart aig t = 0. Ach, tha i a’ faighinn na photons a chuir Bill thuice aig t = 0. Mar thoradh air an sin, chan urrainn dha Alice ach leth den ùine fànais fhaicinn.
Is e an rud neònach mu àireamhachadh Unruh, ged a tha iad a’ toirt iomradh bho thoiseach gu deireadh gu àite falamh, tha iad a’ dol an-aghaidh faclan ainmeil King Lear, “A-mach à rud sam bith chan eil dad ann.” Ciamar as urrainn àite falamh a bhith cho iom-fhillte? Cò às a thig na gràinean? Is e an fhìrinn, a rèir teòiridh quantum, nach eil àite falamh falamh idir. Ann, an seo agus an sin, bidh excitations geàrr-ùine an-còmhnaidh a ’nochdadh agus a’ dol à sealladh, ris an canar mìrean brìgheil, agus faodaidh an lùth aca a bhith an dà chuid adhartach agus àicheil. Neach-amhairc bhon àm ri teachd fad às - canaidh sinn Carol rithe - a chì cha mhòr a h-uile àite falamh a dhearbhas nach eil gràineanan maireannach ann. A bharrachd air an sin, tha làthaireachd ghràineanan le lùth adhartach anns a’ phàirt sin de ùine-fànais a chì Alice, mar thoradh air dol an sàs cuantamach, co-cheangailte ri excitations de shoidhnichean lùth co-ionann agus eile anns a’ phàirt de ùine-fànais nach fhaicear airson Alice. Tha an fhìrinn gu lèir mu àm-fànais falamh gu h-iomlan air fhoillseachadh do Carol, agus is e an fhìrinn nach eil gràineanan ann. Ach, tha eòlas Alice ag innse dhi gu bheil na mìrean ann!
Ach an uairsin tha e coltach gu bheil an teòthachd a chaidh a thomhas le Unruh a rèir coltais dìreach mar fhicsean - chan eil e cho mòr na sheilbh de dh ’àite còmhnard mar sin, ach seilbh neach-amhairc a tha a’ faighinn luathachadh cunbhalach ann an àite còmhnard. Ach, is e grabhataidh fhèin an aon fheachd “brèigeach” anns an fhaireachdainn nach eil an “luathachadh” a dh’ adhbhraicheas e dad nas motha na gluasad air feadh geodesic ann am meatrach lùbte. Mar a mhìnich sinn ann an Caibideil 2, tha prionnsapal co-ionannachd Einstein ag ràdh gu bheil luathachadh agus grabhataidh gu ìre mhòr co-ionann. Bhon t-sealladh seo, chan eil dad gu sònraichte uamhasach mu fàire an toll dubh le teòthachd co-ionann ri àireamhachadh Unruh air teòthachd an neach-amhairc luathachaidh. Ach, faodaidh sinn faighneachd, dè an luach luathachaidh a bu chòir dhuinn a chleachdadh gus teòthachd a dhearbhadh? Le bhith a’ gluasad fada gu leòr air falbh bho tholl dubh, is urrainn dhuinn a tharraing grabhataidh a dhèanamh cho lag sa thogras sinn. A bheil seo a’ ciallachadh, gus teodhachd èifeachdach toll dubh a tha sinn a’ tomhas a dhearbhadh, gum feum sinn luach luathachaidh beag a chleachdadh? Tha a 'cheist seo a' tionndadh a-mach gu bhith gu math brùideil, oir, mar a tha sinn a 'creidsinn, chan urrainn teòthachd nì a dhol sìos gu neo-riaghailteach. Thathas a’ gabhail ris gu bheil luach cuibhrichte stèidhichte aige a dh’ fhaodar a thomhas eadhon le neach-amhairc a tha gu math fada air falbh.
Source: www.habr.com