Сансрын нисгэгчдийн өдрийн мэнд хүргэе! Бид үүнийг хэвлэх үйлдвэрт явуулсан . Чухам энэ өдрүүдэд астрофизикчид хар нүх ямар байдгийг дэлхий нийтэд харуулсан. Тохиолдол уу? Бид тэгж бодохгүй байна шүү 😉 Хүлээгээрэй, удахгүй Стивен Габсер, Франц Преториус нарын бичсэн, Пулковогийн гайхамшигт одон орон судлаач Астродедус Кирилл Масленниковын орчуулсан, домогт Владимир Сурдины шинжлэх ухааны үндэслэлтэй, хэвлэлтээс дэмжлэг авсан гайхалтай ном гарах болно. Траекторын суурь.
Зүсэлтийн доор "Хар нүхний термодинамик" гэсэн ишлэл.
Өнөөг хүртэл бид хар нүхийг суперновагийн дэлбэрэлтийн үеэр үүссэн эсвэл галактикийн төвд оршдог астрофизикийн объект гэж үзэж ирсэн. Бид ойролцоох оддын хурдатгалыг хэмжих замаар тэдгээрийг шууд бусаар ажигладаг. 14 оны 2015-р сарын XNUMX-нд LIGO-ийн алдартай таталцлын долгион илрүүлсэн нь хар нүхний мөргөлдөөнийг илүү шууд ажигласан жишээ байв. Хар нүхний мөн чанарыг илүү сайн ойлгохын тулд бидний ашигладаг математикийн хэрэгслүүд бол дифференциал геометр, Эйнштейний тэгшитгэл, Эйнштейний тэгшитгэлийг шийдвэрлэхэд ашигладаг аналитик болон тоон аргууд, хар нүхний үүсгэсэн орон зайн цаг хугацааны геометрийг тайлбарлах явдал юм. Астрофизикийн үүднээс хар нүхнээс үүссэн орон зай-цаг хугацааны бүрэн тоон тодорхойлолтыг өгч чадвал хар нүхний сэдвийг хаалттай гэж үзэж болно. Онолын өргөн өнцгөөс харвал хайгуул хийх орон зай их байна. Энэ бүлгийн зорилго нь термодинамик ба квант онолын санааг харьцангуйн ерөнхий онолтой хослуулж, гэнэтийн шинэ ухагдахууныг бий болгосон орчин үеийн хар нүхний физикийн онолын зарим дэвшлийг тодруулах явдал юм. Үндсэн санаа нь хар нүх бол зөвхөн геометрийн объект биш юм. Тэд температуртай, асар их энтропитэй, квант орооцолдлын илрэлийг харуулж чаддаг. Хар нүхний физикийн термодинамик ба квант талуудын тухай бидний хэлэлцүүлэг нь өмнөх бүлгүүдэд үзүүлсэн хар нүхнүүдийн орон зай-цаг хугацааны цэвэр геометрийн шинж чанаруудын шинжилгээнээс илүү хэсэгчилсэн бөгөөд өнгөцхөн байх болно. Гэхдээ эдгээр, ялангуяа квант тал нь хар нүхний талаар хийгдэж буй онолын судалгааны чухал бөгөөд амин чухал хэсэг бөгөөд бид нарийн төвөгтэй нарийн ширийн зүйлийг биш юмаа гэхэд ядаж эдгээр бүтээлийн сүнсийг дамжуулахыг хичээх болно.
Сонгодог харьцангуйн онолд Эйнштейний тэгшитгэлийн шийдлүүдийн дифференциал геометрийн тухай ярих юм бол хар нүхнүүд тэднээс юу ч зугтаж чадахгүй гэсэн утгаараа үнэхээр хар юм. Стивен Хокинг квант нөлөөг харгалзан үзэхэд энэ байдал бүрэн өөрчлөгддөг болохыг харуулсан: хар нүхнүүд тодорхой температурт цацраг ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг Хокингийн температур гэж нэрлэдэг. Астрофизик хэмжээтэй хар нүхнүүдийн хувьд (өөрөөр хэлбэл оддын массаас хэт том хар нүх хүртэл) Хокингийн температур нь сансрын бичил долгионы дэвсгэрийн температуртай харьцуулахад маш бага байдаг - Орчлон ертөнцийг бүхэлд нь дүүргэдэг цацраг. Энэ нь өөрөө Хокингийн цацрагийн хувилбар гэж тооцогддог. Хар нүхний температурыг тодорхойлох Хокингийн тооцоолол нь хар нүхний термодинамик хэмээх салбарын томоохон судалгааны хөтөлбөрийн нэг хэсэг юм. Энэхүү хөтөлбөрийн бас нэг том хэсэг нь хар нүхний дотор алдагдсан мэдээллийн хэмжээг хэмждэг хар нүхний энтропи судалгаа юм. Энгийн биетүүд (аягатай ус, цэвэр магнийн блок, од гэх мэт) бас энтропитэй байдаг ба хар нүхний термодинамикийн гол мэдэгдлүүдийн нэг нь тухайн хэмжээтэй хар нүх бусад хэлбэрээс илүү энтропитэй байдаг. ижил хэмжээтэй, гэхдээ хар нүх үүсэхгүйгээр агуулагдаж болох бодис.
Гэхдээ Хокингийн цацраг туяа, хар нүхний энтропитэй холбоотой асуудалд гүнзгий орохоосоо өмнө квант механик, термодинамик, орооцолдох талбарууд руу хурдан тойруулан үзье. Квант механикийг 1920-иод онд голчлон боловсруулсан бөгөөд түүний гол зорилго нь атом гэх мэт бодисын маш жижиг хэсгүүдийг дүрслэх явдал байв. Квант механикийн хөгжил нь бие даасан бөөмийн яг байрлал гэх мэт физикийн үндсэн ойлголтуудыг элэгдэлд хүргэсэн: жишээлбэл, атомын цөмийг тойрон хөдөлж буй электроны байрлалыг нарийн тодорхойлох боломжгүй болсон. Үүний оронд электронуудад тойрог зам гэж нэрлэгддэг байсан бөгөөд тэдгээрийн бодит байрлалыг зөвхөн магадлалын утгаараа тодорхойлох боломжтой байв. Гэхдээ бидний зорилгын хувьд аливаа зүйлийн магадлалын тал руу хэт хурдан шилжихгүй байх нь чухал юм. Хамгийн энгийн жишээг авч үзье: устөрөгчийн атом. Энэ нь тодорхой квант төлөвт байж болно. Устөрөгчийн атомын үндсэн төлөв гэж нэрлэгддэг хамгийн энгийн төлөв нь хамгийн бага энергитэй төлөв бөгөөд энэ энерги нь яг тодорхой мэдэгддэг. Ерөнхийдөө квант механик нь (зарчмын хувьд) аливаа квант системийн төлөвийг туйлын нарийвчлалтайгаар мэдэх боломжийг олгодог.
Бид квант механик системийн талаар тодорхой төрлийн асуулт асуухад магадлалууд гарч ирдэг. Жишээлбэл, хэрэв устөрөгчийн атом үндсэн төлөвт байгаа нь тодорхой бол бид "Электрон хаана байна?" гэж асууж болно. мөн квант хуулийн дагуу
механикийн хувьд бид энэ асуултын магадлалын зарим тооцоог л авах болно, ойролцоогоор: "магадгүй электрон нь устөрөгчийн атомын цөмөөс хагас ангстромын зайд байрладаг" (нэг ангстром нь тэнцүү байна) 
метр). Гэхдээ бидэнд тодорхой физик процессоор электроны байрлалыг нэг ангстромоос хамаагүй илүү нарийвчлалтай олох боломж бий. Физикийн нэлээд түгээмэл үйл явц нь маш богино долгионы урттай фотоныг электрон руу галлах (эсвэл физикчдийн хэлснээр фотоныг электроноор тараах) - үүний дараа бид электроны тархах агшин дахь байршлыг нарийвчлалтайгаар сэргээж чадна. ойролцоогоор долгионы урттай фотонтой тэнцүү байна. Гэхдээ энэ процесс нь электроны төлөвийг өөрчлөх бөгөөд үүний дараа тэрээр устөрөгчийн атомын үндсэн төлөвт байхаа больж, нарийн тодорхойлогдсон энергигүй болно. Гэхдээ хэсэг хугацаанд түүний байрлалыг бараг яг таг тодорхойлох болно (үүнд ашигласан фотоны долгионы уртын нарийвчлалтайгаар). Электроны байршлын урьдчилсан тооцоог зөвхөн нэг ангстромын нарийвчлалтай магадлалын утгаараа хийх боломжтой боловч бид үүнийг хэмжсэний дараа яг юу болохыг мэдэж болно. Товчхондоо, хэрэв бид квант механик системийг ямар нэгэн байдлаар хэмждэг бол наад зах нь ердийн утгаараа хэмжиж буй хэмжигдэхүүнийнхээ тодорхой утгатай төлөвт "хүчээр" оруулдаг.
Квантын механик нь зөвхөн жижиг системд хамаарахгүй, харин (бидний үзэж байгаагаар) бүх системд хамаатай, харин том системүүдийн хувьд квант механик дүрмүүд маш нарийн төвөгтэй болдог. Гол ойлголт бол квантын орооцолдол ба үүний энгийн жишээ нь спин гэсэн ойлголт юм. Бие даасан электронууд нь спинтэй байдаг тул практикт нэг электрон нь сонгосон орон зайн тэнхлэгийн дагуу дээш эсвэл доош чиглэсэн спинтэй байж болно. Электрон нь соронзон баарны оронтой адил сул соронзон орон үүсгэдэг тул электроны эргэлт нь ажиглагдах хэмжигдэхүүн юм. Дараа нь эргэх нь электроны хойд туйл доош, харин доош эргэх нь хойд туйл дээшээ чиглэсэн гэсэн үг юм. Хоёр электроныг нэгдмэл квант төлөвт байрлуулж болох бөгөөд тэдгээрийн нэг нь дээш, нөгөө нь доошоо эргэлддэг боловч аль электрон нь аль спинтэй болохыг ялгах боломжгүй юм. Нэг ёсондоо гелийн атомын үндсэн төлөвт хоёр электрон яг ийм төлөвт байгаа бөгөөд үүнийг спин синглет гэж нэрлэдэг, учир нь хоёр электроны нийт спин нь тэг юм. Хэрэв бид эдгээр хоёр электроныг эргэлтийг нь өөрчлөхгүйгээр салгах юм бол тэдгээрийг хамтдаа спин сингл гэж хэлж болно, гэхдээ аль нэгнийх нь спирал ямар байхыг хэлж чадахгүй. Одоо, хэрэв бид тэдгээрийн нэг эргэлтийг хэмжиж, дээшээ чиглүүлж байгааг тогтоовол хоёр дахь нь доош чиглэсэн гэдэгт бүрэн итгэлтэй байх болно. Энэ нөхцөлд бид ээрэх нь орооцолдсон гэж хэлдэг - аль нь ч өөрөө тодорхой утгатай байдаггүй, харин хамтдаа тодорхой квант төлөвт байдаг.
Эйнштейн орооцолдох үзэгдлийн талаар маш их санаа зовж байсан: энэ нь харьцангуйн онолын үндсэн зарчмуудад заналхийлж байх шиг байв. Сансар огторгуйд бие биенээсээ хол байх үед спин синглет төлөвт байгаа хоёр электрон тохиолдлыг авч үзье. Баттай байхын тулд Алис нэгийг нь, Бобыг нөгөөг нь ав. Алис электроныхоо эргэлтийг хэмжиж, дээшээ чиглэсэн байгааг олж мэдсэн боловч Боб юу ч хэмжээгүй гэж бодъё. Алис хэмжилт хийх хүртэл түүний электроны эргэлт гэж юу болохыг хэлэх боломжгүй байв. Гэвч тэрээр хэмжилтээ хийж дуусмагц Бобын электроны эргэлт доош чиглэсэн (өөрийн электроны эргэлтийн эсрэг чиглэлд) байгааг бүрэн мэдэж байсан. Энэ нь түүний хэмжилт Бобын электроныг шууд эргүүлэх төлөвт оруулсан гэсэн үг үү? Хэрэв электронууд орон зайн хувьд хуваагдвал энэ нь яаж болох вэ? Эйнштейн болон түүний хамтран зүтгэгчид Натан Розен, Борис Подольски нар орооцолдсон системийг хэмжих түүх маш ноцтой байсан тул квант механикийн оршин тогтнолд заналхийлж байна гэж үзсэн. Тэдний боловсруулсан Эйнштейн-Подольский-Розены парадокс (EPR) нь квант механик нь бодит байдлын бүрэн дүрслэл байж чадахгүй гэсэн дүгнэлтэнд хүрэхийн тулд бидний саяхан тайлбарласантай төстэй сэтгэлгээний туршилтыг ашигладаг. Одоо дараачийн онолын судалгаа, олон хэмжилтийн үндсэн дээр ЭПР парадокс алдаатай, квант онол зөв гэсэн ерөнхий дүгнэлт гарсан. Квантын механик орооцолдол нь бодит юм: орооцолдсон системийн хэмжилтүүд нь системүүд нь орон зайд хол зайд байсан ч хамааралтай байх болно.
Хоёр электроныг спинлет төлөвт оруулж, Алис, Боб хоёрт өгсөн нөхцөл байдал руугаа буцъя. Хэмжилт хийхээс өмнө электронуудын талаар бид юу хэлж чадах вэ? Тэд хоёулаа нийлээд тодорхой квант төлөвт (спин-синлет) байдаг. Алисын электроны эргэлт нь дээш эсвэл доош чиглэсэн байх магадлалтай. Илүү нарийвчлалтайгаар, түүний электроны квант төлөв нь ижил магадлалтайгаар нэг (дээш эргэх) эсвэл нөгөө (доош эргэх) байж болно. Одоо бидний хувьд магадлал гэдэг ойлголт өмнөхөөсөө илүү гүн утгатай болж байна. Өмнө нь бид тодорхой квант төлөвийг (устөрөгчийн атомын үндсэн төлөв) судалж үзээд "Электрон хаана байна?" гэх мэт зарим "тохиромжгүй" асуултууд байгааг олж харсан. Хэрэв бид “Энэ электрон ямар энергитэй вэ?” гэх мэт “сайн” асуултуудыг асуувал тодорхой хариулт авах болно. Одоо Алисын электроны талаар асуух "сайн" асуултууд Бобын электроноос хамаарахгүй хариултгүй байна. (Бид "Алисын электрон ээрэх чадвартай юу?" гэх мэт тэнэг асуултуудын талаар яриагүй байна - ганц хариулттай асуултууд.) Тэгэхээр орооцолдсон системийн хагасын параметрүүдийг тодорхойлохын тулд бид ашиглах хэрэгтэй болно. магадлалын хэл. Алис, Боб хоёрын электроныхоо талаар асууж болох асуултуудын хоорондын уялдаа холбоог авч үзэхэд л эргэлзээ төрдөг.
Бид зориуд бидний мэдэх хамгийн энгийн квант механик системүүдийн нэг болох электронуудын эргэлтийн системээс эхэлсэн. Ийм энгийн систем дээр квант компьютерууд бүтээгдэнэ гэсэн найдвар бий. Бие даасан электронууд эсвэл бусад эквивалент квант системүүдийн эргэлтийн системийг одоо кубит ("квант бит" гэсэн үгийн товчлол) гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь дижитал компьютерт энгийн битүүдийн гүйцэтгэдэг үүрэгтэй адил квант компьютерт гүйцэтгэх үүргийг онцолж байна.
Одоо бид электрон бүрийг хоёр биш олон квант төлөвтэй илүү төвөгтэй квант системээр сольсон гэж төсөөлье. Жишээлбэл, тэд Алис, Боб хоёрт цэвэр магнийн баар өгсөн. Алис, Боб хоёр өөр замаар явахаас өмнө тэдгээрийн баарууд харилцан үйлчилж болох бөгөөд ингэснээр тэд тодорхой нийтлэг квант төлөвийг олж авдаг гэдгийг бид хүлээн зөвшөөрч байна. Алис, Боб хоёр салмагц тэдний магнийн баар харилцан үйлчлэхээ болино. Электронуудын нэгэн адил баар бүр тодорхойгүй квант төлөвт байдаг ч бидний үзэж байгаагаар тэд хамтдаа сайн тодорхойлогдсон төлөвийг бүрдүүлдэг. (Энэхүү хэлэлцүүлэгт бид Алиса, Боб нар орооцолдсон электронуудаа эргэлтийг нь өөрчлөхгүйгээр салгаж чадна гэж урьд нь таамаглаж байсан шигээ Алис, Боб нар дотоод төлөвт нь саад учруулахгүйгээр магнийн баараа хөдөлгөж чадна гэж таамаглаж байна.) ялгаа Энэ бодлын туршилт болон электрон туршилтын ялгаа нь баар бүрийн квант төлөвийн тодорхойгүй байдал асар их байдагт оршино. Бар нь орчлон дахь атомын тооноос илүү квант төлөвийг олж авах боломжтой. Энэ бол термодинамикийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Маш муу тодорхойлогдсон системүүд нь тодорхой тодорхойлогдсон макроскоп шинж чанартай байж болно. Ийм шинж чанар нь жишээлбэл, температур юм. Температур гэдэг нь системийн аль нэг хэсэг нь тодорхой дундаж энергитэй байх магадлалын хэмжүүр бөгөөд өндөр температур нь илүү их энергитэй байх магадлал өндөртэй харгалзах юм. Өөр нэг термодинамик параметр бол энтропи бөгөөд энэ нь үндсэндээ системийн авч болох төлөвүүдийн тооны логарифмтай тэнцүү юм. Магнийн баарны хувьд чухал ач холбогдолтой өөр нэг термодинамик шинж чанар нь түүний цэвэр соронзлол бөгөөд энэ нь үндсэндээ ээрэх электронууд ээрэх электронуудаас хэр их байгааг харуулдаг параметр юм.
Бид термодинамикийг бусад системтэй орооцолдсоны улмаас квант төлөв нь нарийн мэдэгддэггүй системүүдийг тайлбарлах арга болгон түүхдээ оруулсан. Термодинамик бол ийм системд дүн шинжилгээ хийх хүчирхэг хэрэгсэл боловч түүнийг бүтээгчид үүнийг ийм байдлаар ашиглахыг огт төсөөлөөгүй. Сади Карно, Жеймс Жоул, Рудольф Клаусиус нар 19-р зууны аж үйлдвэрийн хувьсгалын дүрүүд байсан бөгөөд тэд хөдөлгүүр хэрхэн ажилладаг вэ гэсэн бүх асуултын хамгийн практикийг сонирхож байв. Даралт, эзэлхүүн, температур, дулаан нь хөдөлгүүрийн мах, цус юм. Карно дулааны энергийг ачаа өргөх зэрэг ашигтай ажилд хэзээ ч бүрэн хувиргаж чадахгүй гэдгийг тогтоосон. Зарим энерги үргэлж дэмий үрэгдэх болно. Клаусиус дулаантай холбоотой аливаа үйл явцын эрчим хүчний алдагдлыг тодорхойлох бүх нийтийн хэрэгсэл болох энтропийн санааг бий болгоход томоохон хувь нэмэр оруулсан. Түүний гол ололт бол энтропи хэзээ ч буурдаггүй - бараг бүх процесст энэ нь нэмэгддэг гэдгийг ойлгох явдал байв. Энтропи өсөх процессыг эргэлт буцалтгүй гэж нэрлэдэг, учир нь энтропи буурахгүйгээр буцаагдах боломжгүй юм. Статистикийн механикийг хөгжүүлэх дараагийн алхамыг Клаузиус, Максвелл, Людвиг Больцманн (бусад олон хүмүүсийн дунд) хийсэн бөгөөд тэд энтропи бол эмх замбараагүй байдлын хэмжүүр гэдгийг харуулсан. Ер нь аливаа зүйлд хэр их үйлдэл хийнэ төдий чинээ эмх замбараагүй байдлыг бий болгодог. Хэдийгээр та эмх цэгцийг сэргээх зорилготой үйл явцыг зохион бүтээсэн ч энэ нь устаж үгүй болохоос илүү их энтропи үүсгэх болно, тухайлбал дулаан ялгаруулах замаар. Ган дам нурууг төгс дарааллаар нь тавьдаг кран нь дам нурууны зохион байгуулалтын хувьд эмх цэгцийг бий болгодог боловч ажиллах явцад маш их дулаан ялгаруулдаг тул нийт энтропи нэмэгдсээр байна.
Гэсэн хэдий ч 19-р зууны физикчдийн термодинамикийн үзэл ба квантын орооцолдолтой холбоотой үзэл бодлын хоорондох ялгаа нь санагдсан шиг тийм ч их биш юм. Систем гадны хүчинтэй харьцах тоолонд түүний квант төлөв агентийн квант төлөвтэй орооцолдоно. Ерөнхийдөө энэ орооцолдол нь системийн квант төлөвийн тодорхойгүй байдлыг нэмэгдүүлэх, өөрөөр хэлбэл систем байж болох квант төлөвийн тоог нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Бусад системүүдтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүнд системд боломжтой квант төлөвүүдийн тоогоор тодорхойлогддог энтропи ихэвчлэн нэмэгддэг.
Ерөнхийдөө квант механик нь зарим параметрүүд (сансар дахь байрлал гэх мэт) тодорхойгүй, харин бусад нь (энерги гэх мэт) тодорхойгүй байдаг физик системийг тодорхойлох шинэ аргыг өгдөг. Квантын орооцолдлын хувьд системийн үндсэндээ тусдаа хоёр хэсэг нь мэдэгдэж буй нийтлэг квант төлөвтэй байдаг ба хэсэг тус бүр нь тодорхойгүй төлөвтэй байдаг. Орооцолдлын стандарт жишээ бол аль ээрэх нь дээш, аль нь доош байгааг ялгах боломжгүй сингл төлөвт байгаа хос эргэлт юм. Том систем дэх квант төлөвийн тодорхойгүй байдал нь системд микроскопийн квант төлөв олон байж болох ч температур, энтропи зэрэг макроскопийн параметрүүдийг маш нарийвчлалтай мэддэг термодинамик арга барилыг шаарддаг.
Квантын механик, орооцолдох ба термодинамикийн чиглэлээр хийсэн товч аялалаа дуусгасны дараа энэ бүхэн хар нүхнүүд температуртай байдаг гэдгийг ойлгоход хэрхэн хүргэдэгийг ойлгохыг хичээцгээе. Үүний анхны алхмыг Билл Унрух хийсэн бөгөөд тэрээр хавтгай орон зайд хурдатгалтай ажиглагч өөрийн хурдатгалыг 2π-д хуваасантай тэнцэх температуртай болохыг харуулсан. Unruh-ийн тооцооллын гол зүйл бол тодорхой чиглэлд тогтмол хурдатгалтай хөдөлж буй ажиглагч хавтгай орон зайн хагасыг л харж чаддагт оршино. Хоёр дахь хагас нь үндсэндээ хар нүхнийхтэй төстэй тэнгэрийн хаяанд байна. Эхлээд энэ нь боломжгүй мэт санагдаж байна: хавтгай цаг хугацаа яаж хар нүхний тэнгэрийн хаяа шиг аашилж чадах вэ? Энэ нь хэрхэн болж байгааг ойлгохын тулд үнэнч ажиглагч Алис, Боб, Билл нараас тусламж гуйцгаая. Бидний хүсэлтээр тэд Алис хоёрыг Боб, Билл хоёрын хооронд жагсдаг бөгөөд хос тус бүрийн ажиглагчдын хоорондох зай яг 6 километр байна. Тэг болох үед Алис пуужин руу үсэрч Билл рүү (тиймээс Бобоос хол) тогтмол хурдатгалтайгаар ниснэ гэж бид тохиролцсон. Түүний пуужин нь маш сайн бөгөөд дэлхийн гадаргуугийн ойролцоо объектууд хөдөлж буй таталцлын хурдатгалаас 1,5 их наяд дахин их хурдатгал үүсгэх чадвартай. Мэдээжийн хэрэг, Алис ийм хурдатгалыг тэсвэрлэх нь тийм ч хялбар биш боловч бид одоо үзэх болно, эдгээр тоонууд нь тодорхой зорилготойгоор сонгогдсон; Эцсийн эцэст бид боломжит боломжуудын талаар ярилцаж байна, тэгээд л болоо. Яг тэр мөчид Алис пуужин руугаа үсрэх үед Боб, Билл хоёр түүн рүү даллав. (Бид "яг яг тэр мөчид ..." гэсэн хэллэгийг ашиглах эрхтэй, учир нь Алис нислэгээ хараахан эхлээгүй байхад тэрээр Боб, Билл нартай ижилхэн байгаа тул тэд бүгд цагаа синхрончлох боломжтой. .) Мэдээж далласан Алис Билл түүн рүү харав: Гэсэн хэдий ч пуужинд байх үед тэрээр байсан газраа үлдсэн бол ийм зүйл тохиолдохоос өмнө түүнийг харах болно, учир нь түүнтэй хамт пуужин нь яг түүн рүү нисч байна. Эсрэгээр нь тэр Бобоос холдсон тул хэрэв тэр байрандаа үлдсэн бол түүнийг түүн рүү даллаж байхыг нь арай хожуу харна гэж бид үндэслэлтэй таамаглаж болно. Гэвч үнэн нь бүр ч гайхмаар: тэр Бобыг огт харахгүй! Өөрөөр хэлбэл, Бобын даллаж буй гарнаас Алис руу нисч буй фотонууд түүнийг хэзээ ч гүйцэхгүй, тэр хэзээ ч гэрлийн хурдад хүрч чадахгүй. Хэрэв Боб Алис руу бага зэрэг ойртож даллаж эхэлсэн бол түүнийг явах мөчид түүнээс холдсон фотонууд түүнийг гүйцэж түрүүлэх байсан ба хэрвээ тэр жаахан хол байсан бол гүйцэхгүй байх байсан. Энэ утгаараа бид Алис сансар огторгуйн цаг хугацааны талыг л хардаг гэж хэлдэг. Алис хөдөлж эхлэх үед Боб Алисын ажиглаж буй тэнгэрийн хаяанаас арай хол байна.
Бид квантын орооцолдлын тухай ярихдаа квант механик систем бүхэлдээ тодорхой квант төлөвтэй байсан ч зарим хэсэгт нь байхгүй байж болно гэсэн санааг бид дассан. Үнэн хэрэгтээ бид нарийн төвөгтэй квант системийг авч үзэхэд түүний зарим хэсгийг термодинамикийн хувьд хамгийн сайн тодорхойлж болно: бүхэл системийн квант төлөв байдал маш тодорхойгүй байсан ч түүнд тодорхой температурыг оноож болно. Алис, Боб, Билл нартай холбоотой бидний сүүлчийн түүх яг ийм нөхцөл байдалтай төстэй боловч бидний энд ярьж байгаа квант систем бол хоосон орон зай бөгөөд Алис зөвхөн хагасыг л хардаг. Орон зай-цаг хугацаа бүхэлдээ үндсэн төлөвт байгаа бөгөөд энэ нь түүнд ямар ч тоосонцор байхгүй гэсэн үг юм (Мэдээжийн хэрэг, Алис, Боб, Билл, пуужинг тооцохгүй). Гэвч Алис-ийн харж буй орон зайн хэсэг нь үндсэн төлөвт бус харин түүний хараагүй хэсэгтэй орооцолдсон төлөвт байх болно. Алисын хүлээн авсан орон зай-цаг хугацаа нь хязгаарлагдмал температураар тодорхойлогддог нарийн төвөгтэй, тодорхойгүй квант төлөвт байна. Unruh-ийн тооцоолсноор энэ температур ойролцоогоор 60 нанокельвин байна. Товчхондоо, Алис хурдсахдаа хурдатгалд хуваасантай тэнцэх температуртай (тохирох нэгжээр) цацрагийн бүлээн ваннд дүрж байх шиг байна.
Цагаан будаа. 7.1. Алис амралтаас хурдатгалтайгаар хөдөлдөг бол Боб, Билл хоёр хөдөлгөөнгүй хэвээр байна. Алисын хурдатгал нь Бобын t = 0-д илгээсэн фотонуудыг хэзээ ч харахгүй байхаар л тийм юм. Гэсэн хэдий ч тэр Биллийн өөрт нь илгээсэн фотонуудыг t = 0 үед хүлээн авдаг. Үүний үр дүнд Алис сансар огторгуйн цагийн талыг л ажиглах чадвартай болсон.
Unruh-ийн тооцооны нэг хачирхалтай зүйл нь хэдийгээр эхнээс нь дуустал хоосон орон зайд хамаатай ч Лир хааны алдарт үгтэй зөрчилдөж байгаа нь "юунаас ч юу ч гардаггүй" юм. Хоосон орон зай яаж ийм нарийн төвөгтэй байж чадаж байна аа? Бөөмүүд хаанаас ирж болох вэ? Баримт нь квант онолын дагуу хоосон орон зай огт хоосон биш юм. Тэнд энд тэнд богино хугацааны өдөөлтүүд байнга гарч ирдэг ба алга болдог бөгөөд үүнийг виртуал бөөмс гэж нэрлэдэг бөгөөд энерги нь эерэг ба сөрөг аль аль нь байж болно. Бараг бүх хоосон орон зайг харж чаддаг алс холын ирээдүйн ажиглагч түүнийг Карол гэж нэрлэе, түүнд удаан хадгалагдах тоосонцор байхгүй гэдгийг баталж чадна. Түүгээр ч зогсохгүй, квант орооцолдсоны улмаас Алис ажиглаж болох орон зай-цаг хугацааны тухайн хэсэгт эерэг энергитэй бөөмс байгаа нь Алисын хувьд ажиглагдахгүй орон зай-цаг хэсэгт энергийн тэнцүү ба эсрэг тэмдэгтийн өдөөлттэй холбоотой юм. Хоосон сансар огторгуйн цаг хугацааны тухай бүх үнэн Каролд илчлэгдсэн бөгөөд тэр үнэн нь тэнд бөөмс байдаггүй. Гэсэн хэдий ч Алисын туршлага түүнд бөөмс тэнд байгааг хэлж байна!
Гэвч дараа нь Өнрөхийн тооцоолсон температур нь зүгээр л зохиомол юм шиг харагдаж байна - энэ нь хавтгай орон зайн шинж чанар биш, харин хавтгай орон зайд тогтмол хурдатгалыг мэдэрч буй ажиглагчийн шинж чанар юм. Гэсэн хэдий ч таталцал нь өөрөө "зохиомол" хүч бөгөөд үүнээс үүдэлтэй "хурдатгал" нь муруй хэмжигдэхүүн дэх геодезийн дагуух хөдөлгөөнөөс өөр зүйл биш юм. Бид 2-р бүлэгт тайлбарласнаар Эйнштейний эквивалент зарчим нь хурдатгал ба таталцлыг үндсэндээ тэнцүү гэж заасан байдаг. Энэ үүднээс хар нүхний тэнгэрийн хаяа хурдасгагч ажиглагчийн температурыг Unruh-ийн тооцоолсонтой тэнцэх температуртай байх нь онцгой цочирдмоор зүйл байхгүй. Гэхдээ бид температурыг тодорхойлохын тулд хурдатгалын ямар утгыг ашиглах ёстой вэ гэж асууж болох уу? Хар нүхнээс хангалттай хол зайд орсноор бид түүний таталцлыг хүссэнээрээ сулруулж чадна. Энэ нь бидний хэмжиж буй хар нүхний үр дүнтэй температурыг тодорхойлохын тулд хурдатгалын бага утгыг ашиглах шаардлагатай гэсэн үг үү? Энэ асуулт нь нэлээд нууцлаг юм, учир нь бидний үзэж байгаагаар объектын температур дур зоргоороо буурч чадахгүй. Энэ нь маш хол ажиглагч хүртэл хэмжиж болох тодорхой хязгаарлагдмал утгатай гэж үздэг.
Эх сурвалж: www.habr.com