Читать книгу "Млечный Путь, 21 век, No 4(45), 2023 - Изя Шлосберг"

дополнительного свидетеля запутанности.

Затем они раскопали статью десятилетней давности, в которой сообщается о магнитной восприимчивости нитрата меди. Внимательно изучив эти данные, они обнаружили, что магнитная восприимчивость при низких температурах существенно ниже минимального значения, допустимого для раздельного состояния. Причем пороговая температура для этого составляет 5 градусов, что идентично полученной при измерении спиновых корреляций.

Таким образом, у нас есть два экспериментальных свидетеля, не связанных друг с другом и разделенных во времени почти тремя десятилетиями, рассказывающих одну и ту же историю: однозначное наличие квантовой запутанности на макроскопических масштабах длины. Это глубокое открытие: квантовая запутанность может оставлять свой отпечаток на всем поведении материалов не только на атомном уровне, но и на макроскопическом уровне, на котором мы с ними взаимодействуем.

Подобные результаты были воспроизведены и в нескольких других типах квантовых магнитов. Как это согласуется с общепринятыми представлениями о квантовой механике и вымывание запутанности в больших системах? Для начала стоит вспомнить, что это макроскопические объекты совершенно особого рода - кристаллические твердые тела. Атомы в кристаллическом твердом теле упорядоченно расположены в миллиардах и миллиардах рядов во всех направлениях. Этот порядок может привести к удивительному поведению, которого просто не существует в свободных или неупорядоченных электронах и атомах - электроны объединяются в пары и вступают в сговор, образуя макроскопическое квантовое когерентное состояние (сверхпроводимость), самоорганизуясь в структуры, нарушающие симметрию (волны зарядовой плотности), или даже разбиение на части (фракционализация), и это лишь некоторые из них.

Это позволяет попарно запутанным состояниям, таким как синглеты, оставаться нетронутыми классическим упорядочением и выживать в макроскопических масштабах длины.

Все это (надеюсь) создало увлекательный контент для тех, кто увлекается физикой, но эта тема - нечто большее, чем просто нишевая академическая диковинка. Возможно, вы сталкивались с квантовой запутанностью в контексте квантовой коммуникации и вычислений. Действительно, в основе квантового компьютера лежит создание и надежный контроль запутанности между кубитами. Как мы видели здесь, квантовые магниты представляют собой уникальные материалы (часто встречающиеся в природе) с кубитами (спинами), которые самоорганизуются в запутанные состояния в макроскопических масштабах длины.

Если бы кто-то был достаточно умен и обладал достаточно сложным контролем над спинами, возможно, можно было бы использовать квантовые магниты в качестве естественной платформы для квантовых вычислений. Однако это история для другого дня.

***

Люк Келлер

Астрономы не могут измерять физические свойства объектов во Вселенной!

Все, что мы знаем о Вселенной и обо всем, что в ней, сложилось в результате вопросов о физических свойствах планет, звезд, галактик, межзвездных облаков, черных дыр, планет в других солнечных системах. Но ни одно из этих физических свойств не поддается непосредственному измерению. Не существует такой вещи, как космический термометр или галактический правитель; нет возможности собрать образцы для лабораторного анализа.

Если мы хотим узнать об объектах и физических процессах во Вселенной - явлениях, находящихся слишком далеко за пределами нашей солнечной системы, чтобы отправлять астронавтов или космические роботы, - какие прямые измерения мы можем провести, чтобы помочь нам, когда все, что мы можем сделать, это наблюдать издалека?

Список возможностей удивительно короток, прост и немного скучен по сравнению с тем, что мы действительно хотим знать о вещах во Вселенной. Мы можем напрямую измерить видимую яркость, цвет, размер, форму, положение на небе, а также физические свойства волн и частиц, которые объект излучает или отражает. Всего шесть возможных измерений во всей астрономии за пределами нашей Солнечной системы. Важным седьмым прямым наблюдением является то, как каждый из остальных меняется со временем; как развиваются эти характеристики.

Все это кажущиеся свойства, то, что мы видим, а не внутренние физические свойства, поэтому ни одно из них не является тем, что мы в конечном итоге хотим знать, но мы доберемся до этого.

Давайте рассмотрим этот список немного подробнее:

Видимая яркость. Насколько ярким объект выглядит с нашей точки зрения здесь, на планете Земля или вблизи нее? Мы можем измерить видимую яркость, глядя своими глазами, но большинство небесных объектов настолько тусклы, что нам приходится записывать изображения с помощью электронного устройства обнаружения света, например цифровой камеры, с дополнительной помощью телескопа, который позволяет наблюдать более слабые объекты. с более высокой точностью.

Видимый цвет. Какого цвета кажется предмет? Мы можем измерить видимый цвет, используя цветные фильтры в процессе обработки изображений. Например, мы можем измерить видимую яркость только в красном свете, а затем сравнить ее с видимой яркостью в синем или других цветах света. Мы также можем использовать рассеивающий элемент, например призму, чтобы свет от изображаемого объекта рассеивался в радуге цветов, которую мы называем ее спектром. Это позволяет более точно измерять видимую яркость и видимый цвет одновременно. Видимый цвет объекта может меняться, когда свет проходит через промежуточный материал - обычно межзвездную пыль - на своем пути от объекта к наблюдателю.

Видимый размер. Насколько большим он выглядит? Мы можем измерить только угловой размер объекта - обычно в малых долях градуса. Луна, например, имеет угловой размер около 30 угловых минут, или полградуса. Некоторые объекты могут иметь разные относительные размеры, поскольку они расположены на разных расстояниях от Земли. Вот почему видимый размер не обязательно совпадает с фактическим физическим размером. Например, многие из удивительных изображений, недавно полученных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, показывают галактики разных видимых размеров. Действительно ли большие галактики больше или они просто ближе к нам? Изображение тысяч галактик разных форм, цветов и размеров на черном фоне. Галактики, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, имеют разные размеры. Это может быть связано с различиями в физическом размере или разницей в расстоянии от нас. Итак, просто глядя на изображение, мы измеряем видимый размер.

Галактики также имеют разные формы (круглые, эллиптические, вытянутые), но это могут быть различия в ориентации из-за того, что мы видим с нашей точки зрения здесь, на Земле.

Видимая форма. Какую форму имеет объект с нашей точки зрения? Мы можем идентифицировать формы, глядя на изображения далеких небесных объектов - некоторые галактики выглядят как спирали, звезды - как крошечные точки, туманности - как тонкие облака - но мы можем наблюдать эти объекты только с нашей точки зрения здесь, на Земле. На изображении галактик выше некоторые выглядят спиралевидными, другие круглыми, а некоторые вытянутыми и тонкими. Галактика, которая с нашей точки зрения выглядит округлой, на самом деле может быть галактикой с плоским диском, которую мы видим лицом к лицу.

Видимое положение на небе. Чтобы определить местонахождение небесных объектов, мы измеряем их относительное угловое расстояние и применяем