WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 55 |

Квантовая телепортация. Наконец, рассмотрим самый экзотический формализм: квантовуютелепортациюсигналов. «Экзотическим» его можно назвать потому, что в 1993 году была опубликована статья 6 авторов (Ч. Беннета, Г. Брассара, С. Крепеа, А. Переса, В. Вуттерса, Р. Джоши), где этот термин был введён, и были рассмотрены теоретические основы процессов телепортации в отношении элементарных частиц. Только в 1997 г. этот процесс был реально подтверждён в физических экспериментах (подробнее см. «Химия и жизнь», №8, 1998 г.).

Между тем, можно, пожалуй, утверждать, что в астрономии (точнее, в радиоастрономии) процессы квантовой телепортации успешно применяются уже 35 лет, только без самого этого названия. В 1965 г. советские специалисты по радиоинтерферометрам Матвеенко Л. И., Кардашев Н. С. и Шоломицкий Г. Б. предложили, а в 1971 г. совместно с американскими коллегами реализовали на практике т. н. «радиоинтерферометр со сверхдлинной базой» (РСДБ) между радиотелескопами Симеиз (Крым; диамер телескопа 22 м) и Голдстоун (США, Калифорния; диаметр телескопа 64 м). Отличие РСДБ от обычного интерферометра состоит в том, что в момент наблюдений и приёма радиосигналов от космического источника между разными телескопами нет никакой связи. Приходящие сигналы просто принимаются, преобразуются и фиксируются на материальный носитель в согласованном формате (исторически для этого использовались видеомагнитофоны и магнитные ленты). Само же явление интерференции сигналов возникает много позже, когда эти записи транспортируются в единый вычислительный центр и программным образом коррелируют (т. е. соотносятся) друг с другом. Обязательным требованием для успешной интерференции является высокая степень временной согласованности записываемых сигналов; для этого на обоих телескопах работают высокостабильные когерентные стандарты частоты (со стабильностью до 10-16) и часы (шкалы времени) синхронизируются с точностью до 10-6 с.

Принцип РСДБ позволил использовать радиотелескопы на всех материках (даже в Антарктиде) и реально увеличить базу интерферометра до размеров земного шара. На таком «глобальном» телескопе можно получить карты (радиоизображения) квазаров с угловым разрешением до 100 микросекунд дуги или 0,0000000005 радиан (под таким углом видно из Москвы спичечную головку в Париже или футбольный мяч — на Луне).

За прошедшее время техника РСДБ была усовершенствована тем, что вместо непосредственной перевозки записанного сигнала (так сказать, «багажом») стали применять его ретрансляциючерез геостационарный спутник (с 1976 г.) или по волоконным линиям связи. Это позволило получать интерференциюв реальном времени. Наконец, одну из приёмных антенн отправили вообще в космос, на орбиту около 30000 км.

В терминах формализма квантовой телепортации в космическом интерферометре происходят следующие процессы. Квазар посылает квант света, который достигает первого (ближайшего к нему) телескопа («подлетает» к нему). Заранее (ещё до его прихода, в течение всего процесса наблюдений) в обоих телескопах постоянно работают стандарты частоты, генерирующие опорные синхронизирующие сигналы. Эти сигналы в радиодиапазоне аналогичны потоку элементарных частиц с коррелированными квантовыми состояниями (см. парадокс Эйнштейна— Подольского—Розена). В первом телескопе происходит смешивание пришедшего фотона с опорным импульсом, сам фотон при этом исчезает, а вместо него рождается новый квантовый объект («бифотон», аналог «смешанной» частицы), который и фиксируется на материальный носитель (записывается на магнитную ленту или передаётся дальше по линиям связи). Одновременно с этим на другом телескопе (или на всех других телескопах, если в наблюдениях принимают участие много антенн в разных точках пространства) происходит изменение квантового состояния опорного импульса, идентичное «бифотону» первого телескопа, которое затем также фиксируется в материальном виде каждым приёмником самостоятельно. Процесс передачи квантового состояния в формализме телепортации называется «посланием». Необходимо подчеркнуть, что само квантовое состояние фотона передаётся на все принимающие антенны (а в общем случае — по всему пространству) мгновенно. Иными словами, «послание» распространяется мгновенно.

Затем полученная телескопами и зафиксированная ими информация о квантовом состоянии пришедшего фотона передаётся материальными носителями в единый центр со скоростью, не превосходящей скорости света. Данная информация о событии, происшедшем в иной точке пространства, в формализме телепортации называется «сообщением». Только после получения «сообщений» от всех телескопов и их совместной обработки можно будет восстановить информациюо квантовом состоянии того фотона, который изначально пришёл от квазара, т. е. определить его энергию(длину волны), направление прихода (импульс), поляризацию, и другие параметры. При получении большого числа квантов света можно будет построить радиоизображение квазара.

Иными словами, полный процесс квантовой телепортации каждого фотона вовсе не мгновенный, этот процесс завершается только после завершения совместной обработки сигналов от всего ансамбля приёмных антенн. В принципе, можно и сейчас взять ленты, записанные много лет назад, и вновь получить интерференционный сигнал с неба.

Понятно, что в данном случае в формализме телепортации понятие о пространственных размерах и временных продолжительностях квантов света также утрачивает физический смысл.

Было бы очень интересно процесс телепортации увидеть в буквальном смысле, т. е. осуществить его для оптических квантов. К сожалению, до настоящего времени ещё нет РСДБ в оптике («ОСДБ»), поскольку не реализованы источники непрерывного когерентного сигнала (стандарты частоты) для оптического диапазона (частоты около 1015 Гц).

856. Астрономы активно обсуждают проблему «скрытоймассы во Вселенной» и фундаментальные открытия, сделанные в 2001 г. Что, где и почему от нас «скрывают» Что это означает для Вселенной в целом Когда автор учился в МГУ, то в учебнике астрономии (70–80-е годы 20 века) было написано: «Звёзды — наиболее распространённые объекты во Вселенной. Более 98% массы космического вещества сосредоточено в этих газовых шарах, остальная часть его рассеяна в межзвёздном пространстве».

Если рассматривать только нашу Солнечнуюсистему, то это утверждение «с большим запасом» верно: масса всей планетной системы (планеты, спутники, метеориты, кометы) составляет всего 1/743 часть от массы Солнца. И это понятно, поскольку за 4,5 млрд. лет всё пространство Солнечной системы было основательно «продуто» солнечным ветром, и большая часть бывшей околозвёздной оболочки (не попавшая в планеты) рассеяна в межзвёздном пространстве. Помимо кеплеровых орбит планет, которые они выдерживают с отменной точностью, у нас к настоящему времени имеется и независимые инструментальные проверки распределения массы по Солнечной системе — это траектории полётов межпланетных станций. Если бы у нас «внутри» было бы чтонибудь тяжёлое «спрятано», то мы бы это вполне «почувствовали» по гравитационному отклонениюот заданного курса.

Иное дело, когда мы выходим на межзвёздные и межгалактические просторы. Вся материя, заключенная в звёздах, условно называется «светлым» или «излучающим» веществом, а вещество, заключённое в межзвёздном газе и пыли, тёмных телах и в материи иной природы, называется «тёмной» или «скрытой» массой.

Вопрос о «скрытой» массе заострился в последние десятилетия, когда для многих галактик были получены достаточно точные кривые вращения по лучевым скоростям звёзд на периферии. Дело в том, что по мере приближения к краюлюбой галактики, чётко видно, что «излучающего» вещества становится все меньше и меньше (меньше ярких звёзд). Естественно было ожидать, что скорости, с которыми далекие звёзды вращаются вокруг своей галактики, будут уменьшаться по абсолютной величине, аналогично тому, как уменьшаются кеплеровы скорости планет по мере удаления от Солнца. Однако оказалось, что этого не происходит! У большинства галактик скорости их вращения, увеличиваясь по мере отступления от центра, достигают в области развития спирального узора некоторого максимального значения, а потом, уж за пределами «видимой» галактики, и не думают уменьшаться! е (или делают это очень вяло). Это прямо означает, что помимо видимых нами звёзд, каждая галактика содержит ещё и большое количество «тёмной», но вполне «тяжёлой» материи. Аналогичные тёмные «гало» обнаружены вокруг нашей Галактики и Туманности Андромеды.

Аналогичную загадку задали и скорости в скоплениях галактик. При построении карт скоростей отдельных галактик оказалось, что они вращаются вокруг своих скоплений слишком быстро: при таких скоростях, которые они имеют, скопление давно должно было бы «разлететься», если бы оно «весило» ровно столько, сколько весят все светящиеся звёзды. Значит, помимо видимых звёзд, в скоплениях галактик также должны быть тёмные «довески», масса которых уж никак не 2 %, а много больше. Например, для нашей т. н. Местной системы галактик оценку массы пришлось увеличить более чем на 30 %.

Естественно, что разгадка «скрытой» массы в Вселенной не имеет какого-нибудь одного и простого решения (собственно, эта проблема пока ещё далека от своего решения). Все возможные решения и «находки» условно делятся на макроскопические объекты и элементарные частицы.

Одним из удивительнейших наблюдательных фактов на этом поприще стало «растворение» в последние годы целого типа неправильных или иррегулярных галактик. Дело в том, что ещё в 1920-е гг. Эдвин Хаббл (1889–1953) предложил классифицировать все галактики по их морфологическим признакам (внешнему виду). Получилась стройная схема (т.н. «камертон Хаббла»), в которой слева была прямая эллиптических галактик (от Е0 до Е10), а справа две ветви «нормальных» спиральных галактик (Sa–Sb–Sc) и «пересечённых», имеющих около ядра т. н. «галактический бар» (Sba–SBb–SBc). Причём самый центральный тип т. н. «линзовидных» галактик S0 был сначала предсказан, а лишь потом реально обнаружен. Отдельно стоящим типом (по принципу: «не пришей кобыле хвост») были как раз бесформенные или иррегулярные Ir галактики. Впоследствии оказалось, что цвет, обилие газа и другие физические характеристики галактик систематически изменяются вдоль линии E0–Е10–S0–Sa–Sb–Sc–Ir. А буквально в последние годы, благодаря наблюдениям на крупнейших телескопах мира, в том числе и на космическом телескопе имени Хаббла(!), в ближайших Ir галактиках удалось обнаружить очень слабые галактические диски, состоящие из старых, красных и тусклых звёзд. Тем не менее, наличие этих дисков, во-первых, сразу увеличило массу галактик в 2–3 раза, а, во-вторых, перевело их из класса Ir в класс S. Просто, в отличие от нормальных спиральных галактик, в которых области звёздообразования и молодые, очень яркие звёзды расположены в галактической плоскости и образуют красивый спиральный узор, в бывших Ir галактиках области звёздообразования «разбросаны» беспорядочно по всему объёму этих галактик.

Помимо старых и тусклых красных звёзд, в галактиках существуют и т. н. белые карлики. Это остатки эволюции среднемассивных звёзд, имеющие очень малые размеры: в 100 раз меньше Солнца или порядка размеров Земли. Поскольку их масса сравнима с массой Солнца (не больше 1,4МС — «предел Чандрасекара»), то плотность вещества в белых карликах может достигать 106 г/см3 и находится в состоянии т. н. «вырожденного газа» (ускорение свободного падения на поверхности до 108 см/с2). Хотя эти объекты очень горячие (до 70 000 К), но из-за малого размера их общая светимость мала (10-3... 10-4LС), и они трудно обнаружимы даже в ближайших окрестностях Солнца. Наиболее знаменитым примером белого карлика является «невидимый» спутник Сириуса (видимая величина +8,68m, масса 0,98МС, размер 0,022RС). Общее число белых карликов в Галактике составляет до 10%, но эта величина подлежит уточнениюи может существенно возрасти.

Следующими макроскопическими объектами, дающими свой «вклад» в дело «скрытой» массы, являются все те «остатки» от процессов звёздообразования, масса которых слишком мала для того, чтобы в их недрах загорелись термоядерные реакции. Это т. н. коричневые карлики (М < 0,1 МС или 1032 г), которые слабо светятся в ИК диапазоне только за счёт собственного гравитационного сжатия, и субзвёздные объекты или планеты-гиганты (М < 0,02 МC или 1031 г), которые уже практически совсем не светятся (масса Юпитера 2 · 1030 г). Именно из-за слабой светимости этих объектов до сих пор остаётся открытым вопрос об их числе: даже для ближайших окрестностей Солнца пока не удалось подсчитать полностьювсе звёзды малой массы, чтобы установить их пространственнуюплотность и полную массу, которуюони содержат.

Следующим, уже экзотическим «вкладчиком» являются мини чёрные дыры. Дело в том, что уже достаточно долгое время общепринятой точкой зрения является та, что в центре квазаров и активных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры (до 109 МС), а среди релятивистских объектов — остатков сверхновых звёзд — имеются уже десятки кандидатов в «нормальные» чёрные дыры с массой 5–10 МС.

Однако, чёрные дыры могут быть, в принципе, любой массы, и если массивные активно втягивают в себя вещество из межзвёздной среды и тем самым обнаруживают себя, то чёрные дыры с массами меньше солнечной вполне могут путешествовать незаметно для нас. Астрономы уже неоднократно наблюдали странные «уярчения» некоторых слабых звёзд. Это были не их собственные вспышки, а именно эффекты, связанные с прохождением по лучу зрения между звездой и нами маленьких чёрных дыр, действующих в качестве т. н. гравитационной линзы, собирающей свет. При этом они имели характерные симметричные по времени профили, одинаковые для всех длин волн. Поскольку сами по себе эти мини-дыры не видны никак, то вопрос об их числе и массе, в них содержащейся, также активно дискутируется в последнее время, но пока ещё далёк от окончательного ответа.

После рассмотрения макроскопических объектов (список которых, разумеется, неполон), перейдём ко второму типу «тяжёлых» объектов — элементарным частицам. Поистине сенсационным в июне 2001 г.

было измерение массы солнечных нейтрино, которая оказалась отличной от нуля. Этот результат был получен в ходе космического эксперимента, когда японский спутник ловил нейтрино, «пронизывающие» земной шар насквозь. Верхняя оценка на массу нейтрино составляет до 2 эВ. Между тем, ещё в 1966 г. Я. Б. Зельдович и С. С. Герштейн указали, что в рамках теории горячей Вселенной концентрация реликтовых нейтрино сравнима по величине с концентрацией реликтовых фотонов (т. н. «реликтовое излучение» 2,7 К в радиодиапазоне). Соответственно, общая масса всех реликтовых нейтрино, по расчётам, может увеличить долютёмной материи до половины критической плотности Вселенной, и тогда именно реликтовые нейтрино определяют развитие гравитационных неустойчивостей и основных пространственных структур в ранней Вселенной (формирование сверхскоплений галактик).

Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 55 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.