Dun Cosmonautics Day! A fi ranṣẹ si ile titẹ . Ni awọn ọjọ wọnyi ni awọn astrophysicists fihan gbogbo agbaye bi awọn ihò dudu ṣe dabi. Lasan? A ko ro bẹ Trajectory Foundation.
Iyasọtọ "Thermodynamics ti awọn iho dudu" labẹ gige.
Titi di isisiyi, a ti gbero awọn iho dudu bi awọn ohun astrophysical ti a ṣẹda lakoko awọn bugbamu supernova tabi dubulẹ ni awọn aarin ti awọn irawọ. A ṣe akiyesi wọn ni aiṣe-taara nipa wiwọn isare ti awọn irawọ ti o sunmọ wọn. Ṣiṣawari olokiki LIGO ti awọn igbi walẹ ni Oṣu Kẹsan Ọjọ 14, Ọdun 2015 jẹ apẹẹrẹ ti awọn akiyesi taara diẹ sii ti awọn ijamba iho dudu. Awọn irinṣẹ mathematiki ti a lo lati ni oye ti o dara julọ nipa iseda ti awọn ihò dudu ni: geometry iyatọ, awọn idogba Einstein, ati awọn ọna itupalẹ ti o lagbara ati nọmba ti a lo lati yanju awọn idogba Einstein ati ṣapejuwe jiometirika ti aaye akoko ti awọn ihò dudu n fun ni dide. Ati ni kete ti a le fun ni apejuwe pipo pipe ti akoko-aye ti ipilẹṣẹ nipasẹ iho dudu, lati oju-ọna ti astrophysical, koko-ọrọ ti awọn iho dudu ni a le kà ni pipade. Lati kan to gbooro o tumq si irisi, nibẹ ni ṣi Elo yara fun àbẹwò. Idi ti ipin yii ni lati ṣe afihan diẹ ninu awọn ilọsiwaju imọ-jinlẹ ni fisiksi iho dudu ode oni, ninu eyiti awọn imọran lati thermodynamics ati ilana kuatomu ti wa ni idapo pẹlu ibaramu gbogbogbo lati fun dide si awọn imọran tuntun airotẹlẹ. Awọn ipilẹ ero ni wipe dudu iho ni o wa ko o kan jiometirika ohun. Wọn ni iwọn otutu, wọn ni entropy nla, ati pe wọn le ṣe afihan awọn ifihan ti isunmọ kuatomu. Ifọrọwanilẹnuwo wa ti thermodynamic ati awọn aaye kuatomu ti fisiksi ti awọn iho dudu yoo jẹ ajẹkujẹ diẹ sii ati lasan ju igbekale awọn ẹya jiometirika mimọ ti aaye-akoko ni awọn iho dudu ti a gbekalẹ ni awọn ipin ti tẹlẹ. Ṣugbọn iwọnyi, ati ni pataki kuatomu, awọn aaye jẹ pataki ati apakan pataki ti iwadii imọ-jinlẹ ti nlọ lọwọ lori awọn iho dudu, ati pe a yoo gbiyanju pupọ lati sọ, ti kii ṣe awọn alaye idiju, lẹhinna o kere ju ẹmi ti awọn iṣẹ wọnyi.
Ni ibaramu gbogbogbo kilasika - ti a ba sọrọ nipa jiometirika iyatọ ti awọn ojutu si awọn idogba Einstein - awọn iho dudu jẹ dudu nitootọ ni ori pe ko si nkankan ti o le sa fun wọn. Stephen Hawking fihan pe ipo yii yipada patapata nigbati a ba mu awọn ipa kuatomu sinu akoto: awọn iho dudu wa lati tan itankalẹ ni iwọn otutu kan, ti a mọ ni iwọn otutu Hawking. Fun awọn iho dudu ti awọn iwọn astrophysical (iyẹn ni, lati ibi-alarinrin si awọn ihò dudu nla), iwọn otutu Hawking jẹ aifiyesi ni akawe si iwọn otutu ti abẹlẹ makirowefu agba aye - itankalẹ ti o kun gbogbo Agbaye, eyiti, nipasẹ ọna, le funrararẹ wa ni kà a iyatọ ti Hawking Ìtọjú. Awọn iṣiro Hawking lati pinnu iwọn otutu ti awọn iho dudu jẹ apakan ti eto iwadii ti o tobi julọ ni aaye ti a pe ni thermodynamics iho dudu. Apakan nla miiran ti eto yii ni iwadi ti entropy iho dudu, eyiti o ṣe iwọn iye alaye ti o sọnu inu iho dudu kan. Awọn nkan lasan (gẹgẹbi ago omi, bulọọki ti iṣuu magnẹsia mimọ, tabi irawọ) tun ni entropy, ati ọkan ninu awọn alaye aringbungbun ti thermodynamics iho dudu ni pe iho dudu ti iwọn ti a fun ni entropy diẹ sii ju eyikeyi fọọmu miiran lọ. ti ọrọ ti o le wa ninu laarin agbegbe ti iwọn kanna, ṣugbọn laisi dida iho dudu.
Ṣugbọn ṣaaju ki a to jinlẹ sinu awọn ọran ti o wa ni ayika itankalẹ Hawking ati entropy iho dudu, jẹ ki a ya ọna iyara sinu awọn aaye ti awọn ẹrọ kuatomu, thermodynamics, ati entanglement. Awọn ẹrọ imọ-ẹrọ kuatomu jẹ idagbasoke ni pataki ni awọn ọdun 1920, ati pe idi akọkọ rẹ ni lati ṣapejuwe awọn patikulu kekere pupọ ti ọrọ, gẹgẹbi awọn ọta. Idagbasoke awọn ẹrọ imọ-ẹrọ kuatomu yori si ogbara ti iru awọn imọran ipilẹ ti fisiksi gẹgẹbi ipo gangan ti patiku kọọkan: o wa ni jade, fun apẹẹrẹ, pe ipo elekitironi bi o ti nlọ ni ayika arin atomiki ko le ṣe ipinnu ni deede. Dipo, awọn elekitironi ni a yan awọn ohun ti a pe ni orbits, ninu eyiti awọn ipo gangan wọn le pinnu nikan ni ọna iṣeeṣe. Fun awọn idi wa, sibẹsibẹ, o ṣe pataki lati ma yara ni iyara si ẹgbẹ iṣeeṣe yii ti awọn nkan. Jẹ ki a mu apẹẹrẹ ti o rọrun julọ: atom hydrogen. O le wa ni ipo kuatomu kan. Ipo ti o rọrun julọ ti atom hydrogen, ti a npe ni ipo ilẹ, ni ipinle pẹlu agbara ti o kere julọ, ati pe agbara yii ni a mọ ni pato. Ni gbogbogbo, awọn ẹrọ kuatomu gba wa laaye (ni ipilẹ) lati mọ ipo ti eyikeyi eto kuatomu pẹlu pipe pipe.
Awọn iṣeeṣe wa sinu ere nigba ti a ba beere awọn iru awọn ibeere kan nipa ọna ṣiṣe ẹrọ kuatomu. Fun apẹẹrẹ, ti o ba ni idaniloju pe atomu hydrogen kan wa ni ipo ilẹ, a le beere, "Nibo ni itanna wa?" ati gẹgẹ bi awọn ofin ti kuatomu
isiseero, a yoo nikan gba diẹ ninu awọn ti siro ti awọn iṣeeṣe fun ibeere yi, to nkankan bi: "jasi elekitironi ti wa ni be ni ijinna kan ti soke to idaji ohun angstrom lati arin ti a hydrogen atomu" (ọkan angstrom jẹ dogba si. 
mita). Ṣugbọn a ni aye, nipasẹ ilana ti ara kan, lati wa ipo ti elekitironi ni deede diẹ sii ju angstrom kan lọ. Ilana ti o wọpọ ni fisiksi pẹlu titu fotonu kan ti iwọn gigun kukuru pupọ sinu elekitironi (tabi, gẹgẹ bi awọn onimọ-jinlẹ sọ, tituka photon nipasẹ elekitironi) - lẹhin eyi a le tun ipo ti elekitironi ṣe ni akoko ti tuka pẹlu ẹya išedede to dogba si photon wefulenti. Ṣugbọn ilana yii yoo yi ipo ti elekitironi pada, nitorinaa lẹhin eyi kii yoo wa ni ipo ilẹ ti atom hydrogen ati pe kii yoo ni agbara asọye ni pato. Ṣugbọn fun awọn akoko awọn oniwe-ipo yoo wa ni fere pato pato pinnu (pẹlu ohun išedede ti awọn wefulenti ti awọn photon ti a lo fun yi). Iṣiro alakoko ti ipo elekitironi le ṣee ṣe ni ọna iṣeeṣe nikan pẹlu išedede ti bii angstrom kan, ṣugbọn ni kete ti a ba ti wọn wọn a mọ gangan ohun ti o jẹ. Ni kukuru, ti a ba ṣe iwọn eto ẹrọ ẹrọ kuatomu ni ọna kan, lẹhinna, o kere ju ni ori aṣa, a “fi ipa” sinu ipo kan pẹlu iye kan ti opoiye ti a n wọn.
Awọn ẹrọ ẹrọ kuatomu kan kii ṣe si awọn ọna ṣiṣe kekere nikan, ṣugbọn (a gbagbọ) si gbogbo awọn eto, ṣugbọn fun awọn ọna ṣiṣe nla awọn ofin darí kuatomu yarayara di eka pupọ. Agbekale bọtini kan jẹ isunmọ kuatomu, apẹẹrẹ ti o rọrun eyiti eyiti o jẹ ero ti iyipo. Olukuluku elekitironi ni iyipo, nitorina ni iṣe elekitironi kan le ni iyipo ti a dari si oke tabi isalẹ pẹlu ọwọ si ipo aye ti o yan. Yiyi elekitironi jẹ opoiye ti a ṣe akiyesi nitori elekitironi n ṣe agbejade aaye oofa ti ko lagbara, ti o jọra si aaye ti igi oofa kan. Lẹhinna yiyi soke tumọ si ọpa ariwa ti elekitironi n tọka si isalẹ, ati yiyi si isalẹ tumọ si ọpá ariwa n tọka si oke. Awọn elekitironi meji ni a le gbe sinu ipo kuatomu ti o so pọ, ninu eyiti ọkan ninu wọn ni yiyi si oke ati ekeji ni iyipo si isalẹ, ṣugbọn ko ṣee ṣe lati sọ iru elekitironi wo ni o ni iyipo. Ni pataki, ni ipo ilẹ ti atom helium, awọn elekitironi meji wa ni ipo gangan gangan, ti a pe ni spin singlet, niwọn igba ti iyipo lapapọ ti awọn elekitironi mejeeji jẹ odo. Ti a ba ya awọn elekitironi meji wọnyi laisi iyipada awọn iyipo wọn, a tun le sọ pe wọn jẹ awọn ẹyọkan papọ, ṣugbọn a ko le sọ kini iyipo ti boya ninu wọn yoo jẹ ọkọọkan. Ni bayi, ti a ba wọn ọkan ninu awọn iyipo wọn ki o fi idi rẹ mulẹ si oke, lẹhinna a yoo ni idaniloju patapata pe keji ni itọsọna si isalẹ. Ni ipo yii, a sọ pe awọn spins ti wa ni dipọ-bẹni funrararẹ ko ni iye kan pato, lakoko ti wọn wa ni ipo kuatomu kan pato.
Einstein ṣe aniyan pupọ nipa iṣẹlẹ ti ifarakanra: o dabi ẹni pe o ṣe idẹruba awọn ipilẹ ipilẹ ti ẹkọ ti ibatan. Jẹ ki a ṣe akiyesi ọran ti awọn elekitironi meji ni ipo alayipo alayipo, nigbati wọn yato si ni aaye. Lati rii daju, jẹ ki Alice mu ọkan ninu wọn ki Bob mu ekeji. Ẹ jẹ́ ká sọ pé Alice díwọ̀n yíyan ohun alààyè rẹ̀, ó sì rí i pé wọ́n darí rẹ̀ sí òkè, àmọ́ Bob kò wọn nǹkan kan. Titi Alice yoo fi ṣe wiwọn rẹ, ko ṣee ṣe lati sọ kini iyipo ti elekitironi rẹ jẹ. Ṣugbọn ni kete ti o ti pari wiwọn rẹ, o mọ ni pipe pe iyipo ti elekitironi Bob ni a darí si isalẹ (ni ọna ti o lodi si iyipo ti elekitironi tirẹ). Ṣe eyi tumọ si pe wiwọn rẹ lesekese fi elekitironi Bob sinu ipo yipo bi? Bawo ni eyi ṣe le ṣẹlẹ ti awọn elekitironi ba yapa ni aye? Einstein ati awọn alabaṣiṣẹpọ rẹ Nathan Rosen ati Boris Podolsky ro pe itan ti wiwọn awọn ọna ṣiṣe ti o ni ibatan jẹ pataki tobẹẹ ti o ṣe ewu wiwa aye ti awọn ẹrọ mekaniki. Einstein-Podolsky-Rosen Paradox (EPR) ti wọn ṣe agbekalẹ nlo idanwo ero kan ti o jọra si eyiti a ṣẹṣẹ ṣapejuwe rẹ lati pari pe awọn mekaniki kuatomu ko le jẹ apejuwe pipe ti otito. Bayi, ti o da lori iwadii imọ-jinlẹ ti o tẹle ati ọpọlọpọ awọn wiwọn, ero gbogbogbo ti fi idi mulẹ pe paradox EPR ni aṣiṣe kan ati ilana kuatomu jẹ deede. Kuatomu darí entanglement jẹ gidi: awọn wiwọn ti awọn ọna ṣiṣe dipọ yoo ni ibamu paapaa ti awọn eto ba yato si ni aaye aaye.
Jẹ ká lọ pada si awọn ipo ibi ti a ti fi meji elekitironi ni a alayipo singlet ipinle ati ki o fi wọn si Alice ati Bob. Kini a le sọ nipa awọn elekitironi ṣaaju ṣiṣe awọn wiwọn? Wipe awọn mejeeji papọ wa ni ipo kuatomu kan (spin-singlet). Yiyi ti elekitironi Alice jẹ dọgbadọgba lati ṣe itọsọna soke tabi isalẹ. Ni deede diẹ sii, ipo kuatomu ti elekitironi rẹ le pẹlu iṣeeṣe dogba jẹ ọkan (yiyi soke) tabi ekeji (yi lọ si isalẹ). Bayi fun wa ni imọran ti iṣeeṣe gba itumọ ti o jinlẹ ju ti iṣaaju lọ. Ni iṣaaju a wo ipo kuatomu kan (ipo ilẹ ti atom hydrogen) a si rii pe diẹ ninu awọn ibeere “aiṣedeede” wa, gẹgẹbi “Nibo ni itanna wa?” - awọn ibeere eyiti awọn idahun wa nikan ni ori iṣeeṣe kan. Ti a ba beere awọn ibeere “dara”, gẹgẹbi “Kini agbara elekitironi yii?”, a yoo gba awọn idahun to daju. Ni bayi, ko si awọn ibeere “dara” ti a le beere nipa elekitironi Alice ti ko ni awọn idahun ti o da lori itanna Bob. (A ko sọrọ nipa awọn ibeere aṣiwere bii “Ṣe elekitironi Alice paapaa ni ere?” - awọn ibeere eyiti idahun kan wa.) Nitorinaa, lati pinnu awọn aye ti idaji kan ti eto ti a fi sinu, a yoo ni lati lo ede iṣeeṣe. Idaju nikan nwaye nigbati a ba gbero asopọ laarin awọn ibeere ti Alice ati Bob le beere nipa awọn elekitironi wọn.
A koto bẹrẹ pẹlu ọkan ninu awọn alinisoro kuatomu darí awọn ọna šiše ti a mọ: awọn eto ti spins ti olukuluku elekitironi. Ireti wa pe awọn kọnputa kuatomu yoo kọ lori ipilẹ iru awọn ọna ṣiṣe ti o rọrun. Eto alayipo ti awọn elekitironi kọọkan tabi awọn ọna ṣiṣe kuatomu deede miiran ni a pe ni qubits (kukuru fun “kuatomu bits”), ti n tẹnuba ipa wọn ninu awọn kọnputa kuatomu, iru si ipa ti awọn bit lasan ṣe ninu awọn kọnputa oni-nọmba.
Jẹ ki a fojuinu ni bayi pe a rọpo elekitironi kọọkan pẹlu eto kuatomu pupọ diẹ sii pẹlu ọpọlọpọ, kii ṣe meji nikan, awọn ipinlẹ kuatomu. Fun apẹẹrẹ, wọn fun Alice ati awọn ọpa Bob ti iṣuu magnẹsia mimọ. Ṣaaju ki Alice ati Bob lọ awọn ọna lọtọ wọn, awọn ifi wọn le ṣe ajọṣepọ, ati pe a gba pe ni ṣiṣe bẹ wọn gba ipo kuatomu to wọpọ kan. Ni kete ti Alice ati Bob yapa, awọn ifi magnẹsia wọn da ibaraenisọrọ duro. Gẹgẹbi ọran ti awọn elekitironi, ọpa kọọkan wa ni ipo kuatomu ti ko ni ipinnu, botilẹjẹpe papọ, bi a ti gbagbọ, wọn ṣe ipo asọye daradara. (Ninu ijiroro yii, a ro pe Alice ati Bob ni anfani lati gbe awọn ọpa iṣuu magnẹsia wọn laisi idamu ipo inu wọn ni ọna eyikeyi, gẹgẹ bi a ti ro tẹlẹ pe Alice ati Bob le ya awọn elekitironi ti wọn dipọ laisi iyipada awọn iyipo wọn.) Ṣugbọn o wa. iyatọ Iyatọ laarin idanwo ero yii ati idanwo elekitironi ni pe aidaniloju ni ipo kuatomu ti igi kọọkan jẹ nla. Pẹpẹ naa le gba awọn ipinlẹ kuatomu diẹ sii ju nọmba awọn ọta ni Agbaye lọ. Eyi ni ibi ti thermodynamics wa sinu ere. Awọn ọna ṣiṣe asọye ti ko dara pupọ le sibẹsibẹ ni diẹ ninu awọn abuda macroscopic asọye daradara. Iru iwa bẹẹ jẹ, fun apẹẹrẹ, iwọn otutu. Iwọn otutu jẹ iwọn bi o ṣe ṣee ṣe eyikeyi apakan ti eto kan lati ni agbara apapọ kan, pẹlu awọn iwọn otutu ti o ga julọ ti o baamu iṣeeṣe nla ti nini agbara nla. Paramita thermodynamic miiran jẹ entropy, eyiti o jẹ deede dogba si logarithm ti nọmba awọn ipinlẹ ti eto le ro. Iwa thermodynamic miiran ti yoo ṣe pataki fun igi ti iṣuu magnẹsia ni isọdi apapọ rẹ, eyiti o jẹ paramita pataki kan ti o fihan iye diẹ sii awọn elekitironi ti o yipo ti o wa ninu igi ju awọn elekitironi-isalẹ lọ.
A mu thermodynamics sinu itan wa bi ọna lati ṣapejuwe awọn eto ti awọn ipinlẹ titobi ko mọ ni pato nitori ifaramọ wọn pẹlu awọn eto miiran. Thermodynamics jẹ ohun elo ti o lagbara fun itupalẹ iru awọn ọna ṣiṣe, ṣugbọn awọn olupilẹṣẹ rẹ ko ṣe akiyesi ohun elo rẹ rara ni ọna yii. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius jẹ awọn nọmba ti Iyika ile-iṣẹ ti 19th orundun, ati pe wọn nifẹ si iwulo julọ ti gbogbo awọn ibeere: bawo ni awọn ẹrọ ṣe n ṣiṣẹ? Titẹ, iwọn didun, iwọn otutu ati ooru jẹ ẹran ara ati ẹjẹ ti awọn ẹrọ. Carnot fi idi rẹ mulẹ pe agbara ni irisi ooru ko le ṣe iyipada patapata si iṣẹ ti o wulo gẹgẹbi gbigbe awọn ẹru. Diẹ ninu awọn agbara yoo ma sọnu nigbagbogbo. Clausius ṣe ilowosi pataki si ṣiṣẹda imọran ti entropy gẹgẹbi ohun elo gbogbo agbaye fun ṣiṣe ipinnu awọn adanu agbara lakoko ilana eyikeyi ti o kan ooru. Aṣeyọri akọkọ rẹ ni riri pe entropy ko dinku - ni gbogbo awọn ilana o pọ si. Awọn ilana ninu eyiti awọn alekun entropy ni a pe ni aibikita, ni deede nitori wọn ko le yipada laisi idinku ninu entropy. Igbesẹ ti o tẹle si idagbasoke awọn ẹrọ iṣiro ni a mu nipasẹ Clausius, Maxwell ati Ludwig Boltzmann (laarin ọpọlọpọ awọn miiran) - wọn fihan pe entropy jẹ iwọn ti rudurudu. Nigbagbogbo, diẹ sii ti o ṣe lori nkan kan, diẹ sii rudurudu ti o ṣẹda. Ati paapaa ti o ba ṣe apẹrẹ ilana kan ti ibi-afẹde rẹ ni lati mu pada sipo, yoo daju pe yoo ṣẹda entropy diẹ sii ju ti yoo parun — fun apẹẹrẹ, nipa jijade ooru. Kireni ti o gbe awọn opo irin ni ọna pipe ṣẹda aṣẹ ni awọn ofin ti iṣeto ti awọn opo, ṣugbọn lakoko iṣẹ rẹ o nmu ooru pupọ jade ti apapọ entropy tun n pọ si.
Ṣugbọn sibẹ, iyatọ laarin iwo ti thermodynamics ti awọn onimọ-jinlẹ ti ọrundun 19th ati wiwo ti o ni nkan ṣe pẹlu isunmọ kuatomu ko tobi bi o ti dabi. Ni gbogbo igba ti eto kan ba ṣe ajọṣepọ pẹlu aṣoju ita, ipo kuatomu rẹ di dipọ pẹlu ipo kuatomu aṣoju. Ni deede, idinamọ yii nyorisi ilosoke ninu aidaniloju ti ipo kuatomu ti eto naa, ni awọn ọrọ miiran, si ilosoke ninu nọmba awọn ipinlẹ kuatomu ninu eyiti eto le jẹ. Bi abajade ti ibaraenisepo pẹlu awọn ọna ṣiṣe miiran, entropy, asọye ni awọn ofin ti nọmba awọn ipinlẹ kuatomu ti o wa si eto naa, nigbagbogbo pọ si.
Ni gbogbogbo, awọn ẹrọ kuatomu n pese ọna tuntun lati ṣe afihan awọn eto ti ara ninu eyiti diẹ ninu awọn paramita (bii ipo ni aaye) di aidaniloju, ṣugbọn awọn miiran (bii agbara) nigbagbogbo ni a mọ pẹlu dajudaju. Ni ọran ti isunmọ kuatomu, awọn ẹya meji ni ipilẹ ti eto naa ni ipo kuatomu ti o wọpọ ti a mọ, ati apakan kọọkan lọtọ ni ipo aidaniloju. A boṣewa apẹẹrẹ ti entanglement ni a bata ti spins ni a singlet ipinle, ninu eyi ti o ti ko ṣee ṣe lati so fun eyi ti omo ni oke ati eyi ti o wa ni isalẹ. Aidaniloju ti ipo kuatomu ninu eto nla nilo ọna iwọn otutu ninu eyiti awọn paramita macroscopic gẹgẹbi iwọn otutu ati entropy jẹ mimọ pẹlu deede nla, botilẹjẹpe eto naa ni ọpọlọpọ awọn ipinlẹ kuatomu airi ti o ṣeeṣe.
Lẹhin ti o ti pari irin-ajo kukuru wa sinu aaye ti awọn ẹrọ kuatomu, entanglement ati thermodynamics, jẹ ki a gbiyanju lati ni oye bii gbogbo eyi ṣe yori si oye ti otitọ pe awọn iho dudu ni iwọn otutu. Igbesẹ akọkọ si eyi ni Bill Unruh ṣe - o fihan pe oluwo isare ni aaye alapin yoo ni iwọn otutu ti o dọgba si isare rẹ ti o pin nipasẹ 2π. Bọtini si awọn iṣiro Unruh ni pe oluwoye ti n gbe pẹlu isare igbagbogbo ni itọsọna kan le rii idaji akoko alapin nikan. Idaji keji jẹ pataki lẹhin ipade ti o jọra ti iho dudu. Ni akọkọ o dabi pe ko ṣee ṣe: bawo ni akoko alapin ṣe le huwa bi iwoye ti iho dudu? Láti lóye bí èyí ṣe rí, ẹ jẹ́ ká pe àwọn olùṣàkíyèsí wa olóòótọ́ Alice, Bob àti Bill fún ìrànlọ́wọ́. Ni ibeere wa, wọn laini, pẹlu Alice laarin Bob ati Bill, ati aaye laarin awọn alafojusi ni bata kọọkan jẹ kilomita 6 gangan. A gba pe ni akoko odo Alice yoo fo sinu apata ati fo si Bill (ati nitorinaa kuro lati Bob) pẹlu isare igbagbogbo. Rọkẹti rẹ dara pupọ, o lagbara lati ṣe idagbasoke isare ni awọn akoko 1,5 aimọye ti o tobi ju isare isare pẹlu eyiti awọn nkan n gbe nitosi oju ilẹ. Nitoribẹẹ, ko rọrun fun Alice lati koju iru isare, ṣugbọn, bi a yoo rii ni bayi, awọn nọmba wọnyi ni a yan fun idi kan; ni opin ti awọn ọjọ, a n kan jiroro o pọju anfani, ti o ni gbogbo. Gangan ni akoko ti Alice fo sinu rọkẹti rẹ, Bob ati Bill fì si i. (A ni ẹtọ lati lo ọrọ naa “gangan ni akoko nigbati…”, nitori lakoko ti Alice ko tii bẹrẹ ọkọ ofurufu rẹ, o wa ni aaye itọkasi kanna bi Bob ati Bill, nitorinaa gbogbo wọn le mu awọn aago wọn ṣiṣẹpọ. .) Waving Alice, dajudaju, ri Bill si rẹ: sibẹsibẹ, kikopa ninu awọn Rocket, o yoo ri i sẹyìn ju yi yoo ti ṣẹlẹ ti o ba ti o ti duro ni ibi ti o wà, nitori rẹ Rocket pẹlu rẹ ti wa ni fò gbọgán si ọna rẹ. Kàkà bẹ́ẹ̀, ó ṣí kúrò lọ́dọ̀ Bob, torí náà a lè ronú lọ́nà tó bọ́gbọ́n mu pé yóò rí i tí ó ń juwọ́ sí i lọ́pọ̀ ìgbà ju bí òun ì bá ti rí i bóyá ó ti wà níbì kan náà. Ṣugbọn otitọ paapaa jẹ iyalẹnu diẹ sii: kii yoo rii Bob rara! Ni awọn ọrọ miiran, awọn photon ti o fo lati ọwọ Bob ti o nfi si Alice kii yoo pade rẹ laelae, paapaa fun pe kii yoo ni anfani lati de iyara ina. Ti Bob ba ti bẹrẹ sii ju, ti o sunmọ Alice diẹ, lẹhinna awọn photon ti o fo kuro lọdọ rẹ ni akoko ti ilọkuro rẹ yoo ti ba a, ati pe ti o ba ti lọ siwaju diẹ, wọn ko ba ti le e. O jẹ ni ori yii pe a sọ pe Alice nikan rii idaji akoko aaye. Ni akoko ti Alice bẹrẹ gbigbe, Bob jẹ diẹ siwaju ju oju-ọrun ti Alice ṣe akiyesi.
Ninu ifọrọwerọ wa nipa isunmọ quantum, a ti faramọ imọran pe paapaa ti eto ẹrọ kuatomu lapapọ ba ni ipo kuatomu kan, diẹ ninu awọn apakan le ma ni. Ni otitọ, nigba ti a ba jiroro lori eto kuatomu eka kan, apakan diẹ ninu rẹ le ṣe afihan ni deede ni awọn ofin ti thermodynamics: o le ṣe sọtọ iwọn otutu ti o ni asọye daradara, laibikita ipo kuatomu aidaniloju gaan ti gbogbo eto. Itan-akọọlẹ ikẹhin wa ti o kan Alice, Bob ati Bill dabi ipo yii, ṣugbọn eto kuatomu ti a n sọrọ nipa rẹ ni akoko ofo, ati pe Alice nikan rii idaji rẹ. Jẹ ki a ṣe ifiṣura pe akoko-apapọ lapapọ wa ni ipo ilẹ rẹ, eyiti o tumọ si pe ko si awọn patikulu ninu rẹ (dajudaju, kii ṣe kika Alice, Bob, Bill ati rocket). Ṣugbọn apakan aaye-akoko ti Alice rii kii yoo wa ni ipo ilẹ, ṣugbọn ni ipo ti o ni ibatan pẹlu apakan rẹ ti ko rii. Akoko aaye-aye ti o rii nipasẹ Alice wa ni eka kan, ipo kuatomu ti a ko pinnu nipasẹ iwọn otutu ti o lopin. Awọn iṣiro Unruh fihan pe iwọn otutu yii fẹrẹ to 60 nanokelvins. Ni kukuru, bi Alice ṣe yara, o dabi ẹni pe o bami ninu iwẹ gbona ti itankalẹ pẹlu iwọn otutu ti o dọgba (ni awọn iwọn ti o yẹ) si isare ti o pin nipasẹ
Iresi. 7.1. Alice n gbe pẹlu isare lati isinmi, lakoko ti Bob ati Bill wa laisi iṣipopada. Alice ká acceleration jẹ iru awọn ti o yoo ko ri awọn photons ti Bob fi ọna rẹ ni t = 0. Sibẹsibẹ, o gba awọn photon ti Bill fi rẹ ni t = 0. Abajade ni pe Alice ni anfani lati ṣe akiyesi idaji kan ti akoko aaye.
Ohun ajeji nipa awọn iṣiro Unruh ni pe botilẹjẹpe wọn tọka lati ibẹrẹ si ipari si aaye ofo, wọn tako awọn ọrọ olokiki King Lear, “lati inu ohunkohun ko jade.” Bawo ni aaye ofo le jẹ idiju? Nibo ni awọn patikulu le wa lati? Otitọ ni pe ni ibamu si imọran kuatomu, aaye ofo ko ṣofo rara. Ninu rẹ, nibi ati nibẹ, awọn igbadun igba diẹ han nigbagbogbo ati ki o farasin, ti a npe ni awọn patikulu foju, agbara eyiti o le jẹ rere ati odi. Oluwoye lati ọjọ iwaju ti o jinna—jẹ ki a pe e ni Carol—ẹniti o le rii fere gbogbo aaye ofo le jẹrisi pe ko si awọn patikulu pipẹ ninu rẹ. Pẹlupẹlu, wiwa ti awọn patikulu pẹlu agbara rere ni apakan aaye-akoko ti Alice le ṣe akiyesi, nitori isunmọ kuatomu, ni nkan ṣe pẹlu awọn inudidun ti dogba ati ami idakeji ti agbara ni apakan aaye-akoko ti ko ṣe akiyesi fun Alice. Gbogbo otitọ nipa ofo spacetime bi kan gbogbo ti wa ni han si Carol, ati awọn ti o otitọ ni wipe nibẹ ni o wa ti ko si patikulu nibẹ. Sibẹsibẹ, iriri Alice sọ fun u pe awọn patikulu wa nibẹ!
Ṣugbọn lẹhinna o wa ni pe iwọn otutu ti o ṣe iṣiro nipasẹ Unruh dabi pe o jẹ itan-itan lasan - kii ṣe ohun-ini ti aaye alapin bii iru bẹ, ṣugbọn dipo ohun-ini ti oluwoye ti o ni iriri isare igbagbogbo ni aaye alapin. Bibẹẹkọ, walẹ funrararẹ jẹ agbara “fictitious” kanna ni ori pe “isare” ti o fa kii ṣe nkan diẹ sii ju gbigbe lọ lẹgbẹẹ geodesic ni metiriki ti o tẹ. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe ṣàlàyé ní Orí 2, ìlànà ìbádọ́gba ti Einstein sọ pé ìsaré àti agbára òòfà jẹ́ ìjẹ́pàtàkì. Lati oju-ọna yii, ko si ohun ti o ni iyalẹnu paapaa nipa iwoye iho dudu ti o ni iwọn otutu ti o dọgba si iṣiro Unruh ti iwọn otutu ti oluwo iyara. Ṣugbọn, ṣe a le beere, iye isare wo ni o yẹ ki a lo lati pinnu iwọn otutu? Nipa gbigbe jina si iho dudu, a le jẹ ki ifamọra agbara rẹ jẹ alailagbara bi a ṣe fẹ. Njẹ eyi tumọ si pe lati pinnu iwọn otutu ti o munadoko ti iho dudu ti a wọn, a nilo lati lo iye isare kekere ti o baamu bi? Ibeere yii yipada lati jẹ aibikita pupọ, nitori, bi a ti gbagbọ, iwọn otutu ti ohun kan ko le dinku lainidii. O ti ro pe o ni diẹ ninu iye opin ti o wa titi ti o le ṣe iwọn paapaa nipasẹ oluwoye ti o jina pupọ.
orisun: www.habr.com