Краткий летний выпуск.

Основной охватываемый период – июнь-август 2022 г.

Разделы: Физика / Междисциплинарный аспект

Исследовательский семинар "Многомировая интерпретация квантовой механики", Тель-Авив, Израиль, 18-24 октября 2022 г.

Часть летних публикаций могут найти отражение в следующих выпусках.

Физика / Междисциплинарный аспект

T. Zalialiutdinov, D. Solovyev, D. Chubukov, S. Chekhovskoi, L. Labzowsky. Alternative interpretation of relativistic time-reversal and the time arrow = Альтернативная интерпретация релятивистского обращения времени и стрелы времени. Physical Review Research, 4, L022052. June 1, 2022. В открытом доступе.

... Это позволяет ввести оператор "стрела времени" и характеризовать каждую частицу новым квантовым числом – значением "стрелы времени". Волновые функции всех частиц являются собственными функциями данного оператора с собственными значениями, равными значениям стрелы времени. Частицы со значениями стрелы времени, противоположными значению стрелы времени в нашей вселенной, образуют другую вселенную (антивселенную). Существование антивселенной в принципе может быть подтверждено лабораторными (атомными) экспериментами ...

Авторы – российские ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Курчатовского института и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета.

Christopher W. Lynn, Caroline M. Holmes, William Bialek, David J. Schwab. Decomposing the local arrow of time in interacting systems = Разложение локальной стрелы времени во взаимодействующих системах. Physical Review Letters, 129, 118101. September 6, 2022.

"Мы показываем, что [основание] локальной стрелы времени, эквивалентной производству энтропии в термодинамических системах, может быть разложено. В системе со многими степенями свободы есть член, который возникает из-за необратимой динамики отдельных переменных, а затем ряд неотрицательных членов, вносимых корреляциями между парами, тройками и комбинациями переменных более высокого порядка. Мы иллюстрируем эту декомпозицию на простых моделях зашумленных логических вычислений, а затем применяем ее к анализу паттернов нейронной активности в сетчатке, когда она реагирует на сложные динамические визуальные сцены. Мы обнаруживаем, что нейронная активность нарушает детальный баланс даже тогда, когда визуальные входные данные этого не делают, и что эта необратимость возникает в основном из-за взаимодействия между парами нейронов ... "

О данном исследовании на русском языке: Новая наука, Неделя новостей.

На английском языке

Decomposing the local arrow of time in the brain = Разложение локальной стрелы времени в мозге. Phisics, 15, 133. September 6, 2022. "Исследователи разработали способ количественной оценки необратимости в сложных сетях ... "

Physicists are unraveling the mystery of the arrow of time = Физики разгадывают тайну стрелы времени. SciTechDaily. August 24, 2022. "Новое исследование физиков-теоретиков продвинулось вперед в определении того, как частицы и клетки вызывают крупномасштабную динамику, которую мы воспринимаем как течение времени ... "

New phase of matter opens portal to extra time dimension = Новая фаза материи открывает портал в дополнительное измерение времени. Scientific American. July 26, 2022. "Физики разработали умопомрачительную технику исправления ошибок, которая может значительно повысить производительность квантовых компьютеров ... "

Time's cosmic arrow = Космическая стрела времени. Институт фундаментальных вопросов (FQXi). June 9, 2022.

Разговор с Полом Дэвисом о необратимом течении времени, черных дырах, воспоминаниях о Стивене Хокинге и информационном парадоксе, демоне Максвелла и живых системах, а также о том, как улучшить университеты. С Логаном Чипкиным.

Подкаст и отсылки к статьям.

Пол Дэвис – английский физик, писатель и телеведущий, профессор Университета штата Аризона.

Алтайский М.В., Радж Р. Может ли наше пространство-время происходить из пространства анти-де Ситтера? Физика элементарных частиц и атомного ядра, 2022, выпуск 4. В открытом доступе.

"Представлена модель, показывающая, что наше четырехмерное пространство, обладающее сигнатурой Минковского (+, ‒, ‒, ‒) и почти исчезающей положительной кривизной, могло образоваться путем древовидного b-адического процесса деления одного дискретного объекта и пространство AdS₅ связано именно с этим процессом.

...  важность вопроса о происхождении нашего непрерывного и дифференцируемого пространства-времени из дискретного невозможно переоценить ... "

Clara Aldegunde. Knitting space-time out of quantum entanglement = Связывание пространства-времени из квантовой запутанности. Physics World. September 13, 2022.

Некоторые теоретики считают, что квантовые взаимодействия ответственны за создание пространственно-временной ткани нашей Вселенной. Используя упрощенные модели и математические инструменты, эти исследователи надеются объяснить, как возникли пространство и время. Хотя дальнейшие исследования жизненно важны для экстраполяции данной теории на вселенную с такими же характеристиками, как у нас, это может стать многообещающим первым шагом к квантовой гравитации и долгожданной "теории всего".

...........................................................................................................

Запутанность – чисто квантово-механическое явление, при котором две или более частиц могут иметь более тесные отношения, чем это допускает классическая физика. Это означает, что если мы определяем состояние одной из частиц, она мгновенно фиксирует квантовое состояние другой(их), независимо от того, насколько близко или далеко они могут быть. Это также означает, что если две такие запутанные частицы находятся в суперпозиции состояний, коллапс волновой функции одной из них означает мгновенный скоординированный коллапс другой. Такая сильная корреляция, кажется, выходит за пределы пространства и времени, так что мы можем определить состояние одной частицы, просто измерив ее запутанную пару, независимо от расстояния между ними. Например, если вы знаете спин одной частицы, вы всегда можете определить спин другой. Возможно ли, что именно эта глубокая квантовая связь между фундаментальными частицами связывает воедино пространство и время?

Возможно, сама ткань пространства-времени может быть эмерджентным свойством некоторого вида квантовой запутанности.

.........................................................................................................

Чего мне не хватает и на чем мне следует сосредоточиться, когда я начинаю свою исследовательскую карьеру?

На мой взгляд, первой проблемой, которую нужно решить, будет описание запутанности как континуальной версии дискретной тензорной метрики в ОТО, которая содержит всю информацию о геометрической структуре пространства-времени. Как только это будет сделано, можно будет вывести уравнения Эйнштейна для этой пространственно-временной модели, объясняющие, как гравитация возникает из-за запутанности для упрощенного пространства AdS. Другая ключевая проблема с вселенной AdS заключается в том, что ее коллапсирующая геометрия совсем не похожа на нашу расширяющуюся Вселенную, и необходимо внести некоторые коррективы, чтобы полностью применить эти выводы к нашей реальности.

.........................................................................................................

Что еще можно сделать, чтобы осветить связь между запутанностью и пространством-временем? Одна из идей состоит в том, чтобы исследовать более сложные пространственно-временные структуры как математически (с тензорными сетями, которые, например, представляют черные дыры), так и экспериментально (поскольку Шлейер-Смит пока созданы только простые пространственно-временные структуры).

Автор – молодой ученый.

Nicole Yunger Halpern. Can we build a quantum clock that is entirely quantum? = Можем ли мы построить полностью квантовые часы? New Scientist. August 5, 2022.

Квантовые часы обычно контролируются классической системой управления, и автономные квантовые часы – это не то же самое, что так называемые атомные часы, которые правильнее было бы назвать "радиоуправляемыми".

[С точки зрения от квантовой механики] в нашем мире не может быть наблюдаемого времени, и, соответственно, идеальных квантовых часов. Но идеальные квантовые часы и не нужны, могут подходить достаточно хорошие квантовые часы, например, разработанные коллегами автора данной статьи – руководителя известной Лаборатории квантового стимпанка, работа которой связана с переосмыслением термодинамики для квантовой эпохи. См. версию перевода статьи на Planet Today.

B. C. Nichol, R. Srinivas, D. P. Nadlinger, P. Drmota, D. Main, G. Araneda, C. J. Ballance, D. M. Lucas. An elementary quantum network of entangled optical atomic clocks = Элементарная квантовая сеть запутанных оптических атомных часов. Nature, vol. 609. September 7, 2022.

Ученые из Оксфордского университета впервые смогли продемонстрировать сеть из двух запутанных оптических атомных часов и показать, как запутанность между удаленными часами может быть использована для повышения точности их измерений ...  См. на Phys.org.

На русском языке популярно: Квантовая запутанность двух атомных часов. Новая наука. 9 сентября 2022 г. (С рисунком.)

Киреев А. Физики нашли универсальные "часы" в космосе: они точнее атомных. Хайтек. 14 июля 2022 г.

Измерение с погрешностью даже на одну тысячную секунды может привести к ошибке расстояния около 297 км. Люди выходят в космос, а синхронизировать время между несколькими планетами весьма сложно, поскольку их относительное положение постоянно меняется. Для решения проблемы ученые предложили механизм хронометража, который будет использовать центр масс Солнечной системы в качестве источника координат для определения местоположения в космосе. В источнике (South China Morning Press): "По словам китайских ученых, необходим новый стандарт хронометража, поскольку люди выходят за пределы Земли. Китайские специалисты в области космических исследований предложили универсальный стандарт для измерения времени в Солнечной системе, который, в отличие от существующих систем, не ставит Землю – или религию – в центр ... "

X. Zhang, K. Beloy, Y.S. Hassan, W.F. McGrew, C.-C. Chen, J.L. Siegel, T. Grogan, A.D. Ludlow. Subrecoil clock-transition laser cooling enabling shallow optical lattice clocks = Лазерное охлаждение на часовом переходе с суботдачей, позволяющее создавать часы с мелкой оптической решеткой. Physical Review Letters, 129, 113202. September 8, 2022.

Реализуется схема импульсного радиального охлаждения с использованием сверхузкого часового перехода ¹S₀-³P₀ в иттербии для реализации температур суботдачи вплоть до десятков nK ...  Сжатое изложение (синопсис): Marric Stephens. Cooler atoms for better atomic clocks = Более холодные атомы для лучших атомных часов. Physics, 15, 126. September 8, 2022. См. также статью Хамадеева М. на N+1 (с иллюстрациями).

Simone Colombo, Edwin Pedrozo-Penafiel, Albert F. Adiyatullin, Zeyang Li, Enrique Mendez, Chi Shu, Vladan Vuletic. Time-reversal-based quantum metrology with many-body entangled states = Квантовая метрология на основе обращения времени с запутанными состояниями многих тел. Nature Physics, vol. 18. July 14, 2022.

Линейные квантовые измерения с независимыми частицами ограничены стандартным квантовым пределом, который лимитирует точность, достижимую при оценке неизвестных фазовых параметров. Стандартный квантовый предел можно преодолеть, запутав частицы, но чувствительность часто ограничивается считыванием конечного состояния, особенно для сложных запутанных состояний многих тел с негауссовым распределением вероятностей.

"Здесь, реализуя эффективный протокол обращения времени в оптически сконструированном многочастичном спиновом гамильтониане, мы демонстрируем квантовое измерение с негауссовскими состояниями с производительностью, превышающей предел схемы считывания. Это усиление сигнала за счет обращенного во времени взаимодействия позволяет достичь наибольшего улучшения фазовой чувствительности за пределами стандартного квантового предела, продемонстрированного на сегодняшний день в любом полном интерферометре Рамсея. Эти результаты открывают область надежных протоколов измерений на основе обращения времени, обеспечивающих точность, не слишком далекую от предела Гейзенберга. Потенциальные приложения включают в себя квантовые датчики, которые работают с конечной полосой пропускания, и принцип, который мы демонстрируем, может также способствовать развитию таких областей, как квантовая инженерия, квантовые измерения и поиск новой физики с использованием атомных часов с оптическим переходом."

Исследование проведено в Массачусетском технологическом институте. См. на Popular Mechanics: "Физики поворачивают время назад в квантовом масштабе, чтобы лучше рассмотреть темную материю и усовершенствовать атомные часы ... "

Интересно: Согласно стандартной космологической модели, подавляющее большинство галактик окружено ореолом из частиц темной материи. Такое гало невидимо, но его масса оказывает сильное гравитационное притяжение на соседние галактики. Новое исследование, проведенное Боннским университетом и Университетом Сент-Эндрюс, Шотландия, ставит под сомнение этот взгляд на Вселенную. Результаты показывают, что карликовые галактики второго ближайшего к Земле скопления галактик, известного как Cкопление Печи (Fornax Cluster), не содержат таких ореолов темной материи. См. на Phys.org и в журнале: Elena Asencio, Indranil Banik, Steffen Mieske, Aku Venhola, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao. The distribution and morphologies of Fornax Cluster dwarf galaxies suggest they lack dark matter = Распределение и морфология карликовых галактик Cкопления Печи предполагают, что в них отсутствует темная материя. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 515, Issue 2, September 2022. June 25, 2022. См. также на Лента.ру - Наука.

Не менее интересно: Indranil Banik, Hongsheng Zhao. From galactic bars to the Hubble tension: Weighing up the astrophysical evidence for Milgromian gravity = От галактических перемычек к напряжению Хаббла: взвешивание астрофизических свидетельств Милгромианской гравитации. Symmetry, 2022, 14(7). June 27, 2022. В открытом доступе.

Данная статья относится к специальному выпуску "Модифицированные теории гравитации и приложения к астрофизике и космологии"*. См. также: Indranil Banik. Dark matter may not exist: These physicists favor of a new theory of gravity = Темной материи может не существовать: эти физики выступают за новую теорию гравитации. SciTechDaily. July 10, 2022.

* Рукописи подаются онлайн до 20 ноября 2022 года и рецензируются. Принятые статьи публикуются в журнале и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения.

Тоже интересно: Mira Maiwoger, Matthias Sonnleitner, Tiantian Zhang, Igor Mazets, Marion Mallweger, Dennis Ratzel, Filippo Borselli, Sebastian Erne, Jorg Schmiedmayer, Philipp Haslinger. Observation of light-induced dipole-dipole forces in ultracold atomic gases = Наблюдение индуцированных светом диполь-дипольных сил в ультрахолодных атомарных газах. Physical Review X, 12, 031018. July 27, 2022. В открытом доступе.

Взаимодействие света и материи хорошо изучено на уровне отдельных атомов и обычно используется для управления атомарными газами. Однако в более плотных ансамблях возникают коллективные эффекты, вызванные индуцированными светом диполь-дипольными взаимодействиями и множественным рассеянием фотонов. "Здесь мы сообщаем о наблюдении механической деформации облака ультрахолодных атомов Rb87 из-за коллективного взаимодействия атомов и однородного светового поля. Это коллективное светорассеяние приводит к самоудерживающемуся потенциалу с интересными характеристиками: он проявляет нелокальные свойства, притягивает как красные, так и синие световые поля с расстройкой, и индуцирует удивительно мощную силу, которая зависит от градиента атомной плотности.

Наши экспериментальные наблюдения обсуждаются в рамках теоретической модели, основанной на подходе локального поля для света, рассеянного атомным облаком. Наше исследование дает новый взгляд на распространение света в ансамблях высокой плотности и расширяет набор инструментов, доступных для адаптации взаимодействий в ультрахолодных атомарных газах."

Популярное резюме

Взаимодействие между отдельными атомами и лазерным светом хорошо изучено, и ученые обычно используют свет для улавливания и контроля мелких частиц. Но добавление большего количества атомов приводит к сложным явлениям, опосредованным множественным рассеянием, когда частицы коллективно взаимодействуют со световым лучом. Один из таких коллективных эффектов заключается в том, что входящий лазер вызывает эффективное взаимодействие между атомами. В данной работе представлено первое наблюдение этой силы.

Рассматриваемый эксперимент начинается с упаковки ультрахолодных атомов рубидия в плотное облако игольчатой формы. Когда лазер попадает в это облако, каждый атом становится колеблющимся диполем, испускающим собственное излучение. Следующий атом видит не только лазерное поле, но и свет, рассеянный первым диполем – и всеми остальными диполями в облаке. Благодаря этим взаимодействиям лазер индуцирует эффективное диполь-дипольное взаимодействие.

Такое коллективное взаимодействие можно интерпретировать как эффективную оптическую силу, возникающую из-за модификации входящего светового луча самим атомным облаком: для некоторых лазерных частот облако действует как слабая линза, фокусируя свет внутри атомного ансамбля, примерно в областях максимальной плотности частиц. Между прочим, атомы также притягиваются к областям с высокой интенсивностью света. Что создает петлю обратной связи, в которой атомы фокусируют свет внутри облака, а свет притягивает атомы к своему фокусу. Экспериментально мы наблюдаем, что луч света вызывает радиальное сжатие квазиодномерного облака.

Изучение этого сжатия дает новый способ проверки теоретических моделей распространения света в ансамблях высокой плотности. Индуцированные светом диполь-дипольные взаимодействия также могут стать новым инструментом для улавливания, контроля и манипулирования ультрахолодными атомарными газами.

На Phys.org: Исследователи (Венский технологический университет) впервые измерили состояние связи света и материи. Атомы поляризуются лучом света и начинают притягиваться друг к другу.

Впервые в лаборатории было создано особое состояние связи между атомами: с помощью лазерного луча атомы можно поляризовать так, чтобы они были заряжены положительно с одной стороны и отрицательно заряжены с другой. Что заставляет их притягиваться друг к другу, создавая совершенно особое состояние связи – намного слабее, чем связь между двумя атомами в обычной молекуле, но все же измеримую. Притяжение исходит от самих поляризованных атомов, но именно лазерный луч дает им возможность это делать. В некотором смысле, рассматривается "молекула" света и материи ...

Peter Dockrill. Faster-than-light travel could work within Einstein's physics, astrophysicist shows = Астрофизик показывает, что путешествия со скоростью, превышающей скорость света, могут работать в рамках физики Эйнштейна. ScienceAlert. July 10, 2022.

Новая редакция обзорной статьи, опубликованной в марте 2021 года. Варп-двигатели.

Отсылка к статье: Erik W Lentz. Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein--Maxwell-plasma theory = Преодоление варп-барьера: сверхбыстрые солитоны в теории плазмы Эйнштейна-Максвелла. Classical and Quantum Gravity, Volume 38, Number 7. March 9, 2021.

Солитоны в пространстве-времени, способные перемещать времениподобных наблюдателей со сверхсветовыми скоростями, уже давно связаны с нарушением слабых, сильных и доминирующих энергетических условий общей теории относительности. Источники отрицательной энергии, необходимые для этих солитонов, должны быть созданы с помощью энергоемких процессов принципа неопределенности, поскольку такой классический источник не известен в физике элементарных частиц. В данной статье этот барьер преодолевается путем построения класса солитонных решений, способных к сверхсветовому движению и генерируемых чисто положительной плотностью энергии. Также показано, что солитоны могут быть источником энергии-импульса проводящей плазмы и классических электромагнитных полей. Это первый пример сверхбыстрых солитонов, возникающих из известных и знакомых источников, вновь открывающий дискуссию о сверхсветовых механизмах, уходящих корнями в обычную физику. См. также на Лента.ру - Наука и в предыдущем выпуске.

Xu Zhang, Wenjie Jiang, Jinfeng Deng, Ke Wang, Jiachen Chen, Pengfei Zhang, Wenhui Ren, Hang Dong, Shibo Xu, Yu Gao, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Qiujiang Guo, Hekang Li, Chao Song, Alexey V. Gorshkov, Thomas Iadecola, Fangli Liu, Zhe-Xuan Gong, Zhen Wang, Dong-Ling Deng, H. Wang. Digital quantum simulation of Floquet symmetry-protected topological phases = Цифровое квантовое моделирование топологических фаз, защищенных симметрией Флоке. Nature, vol. 607. July 20, 2022. В открытом доступе.

В квантовых системах многих тел, находящихся вне равновесия, происходит множество экзотических явлений, запрещенных равновесной термодинамикой. Ярким примером являются кристаллы дискретного времени, в которых трансляционная симметрия времени спонтанно нарушается в периодически управляемых системах. Пионерские эксперименты наблюдали признаки временных кристаллических фаз с захваченными ионами, твердотельными спиновыми системами, ультрахолодными атомами и сверхпроводящими кубитами. "Здесь мы сообщаем о наблюдении особого типа неравновесного состояния материи, топологических фаз, защищенных симметрией Флоке, которые реализованы посредством цифрового квантового моделирования с массивом программируемых сверхпроводящих кубитов. Мы наблюдаем надежные долгоживущие временные корреляции и субгармонический временной отклик для краевых вращений в течение до 40 циклов движения, используя схему глубиной более 240 и действующую на 26 кубитов. Мы демонстрируем, что субгармонический отклик не зависит от начального состояния, и экспериментально определяем фазовую границу между топологической и тепловой фазами, защищенными симметрией Флоке. Наши результаты устанавливают универсальный подход к цифровому моделированию для исследования экзотических неравновесных фаз материи с помощью современных шумных квантовых процессоров среднего масштаба." Релиз Чжэцзянского университета (Китай).

Vitaly P. Panov, Jiseon Yang, L.K. Migara, Hyun-Jin Yoon, Jang-Kun Song. Rotation-time symmetry breaking in frustrated chiral nematic driven by a pulse-train waveform = Нарушение временной симметрии вращения в фрустрированном хиральном нематике, вызванного волновой последовательностью импульсов. Physical Review Letters, 129, 117801. September 9, 2022.

"Мы сообщаем о нарушении временной симметрии вращения, вызванного формой волны, в движении директора жидкого кристалла. Гомеотропные ячейки, заполненные хиральным нематиком с отрицательной диэлектрической анизотропией, демонстрируют стойкие и визуально наблюдаемые волны ориентации директора с периодом времени не менее 30 циклов управляющего поля. Исследуется их существование в пространстве параметров управляющего сигнала. Обсуждается возможность использования этой системы, обладающей как пространственным, так и временным дальним порядком, в качестве инструмента моделирования для экспериментальных исследований кристаллов дискретного времени." В Physics Magazine.

Физики соединили два кристалла времени в невозможном ранее эксперименте. CNews. 29 июня 2022 г.

Международная группа физиков с участием ученых из Института Ландау создала квантовую систему из кристаллов времени, доступную для наблюдения и по которой "можно изучать взаимодействие макро- и микромира" ...  Освещалось в предыдущем выпуске. Дополнительно обзорная информация (на русском языке).

Keith Cooper. 'Time crystals' work around laws of physics to offer new era of quantum computing = "Кристаллы времени" обходят законы физики и предлагают новую эру квантовых вычислений. Space. June 11, 2022.

Эти кристаллы времени могут бросить вызов концепции, известной как энтропия. Второй закон термодинамики описывает энтропию как то, как любая система со временем становится более неупорядоченной. В качестве примера рассмотрим орбиты планет вокруг Солнца. Для простоты мы представляем, что они движутся по часовому механизму, всегда возвращаясь в одно и то же место в одно и то же время на своих соответствующих орбитах. Однако на самом деле все запутанно: гравитация других планет или проходящих звезд может "вытаскивать" и притягивать планеты, внося тонкие изменения в их орбиты ...  Освещалось в предыдущем выпуске. Дополнительно обзорная информация (на английском языке).

Автор – научный журналист, редактор, имеет степень по физике и астрофизике Манчестерского университета.

Max McGinley, Sthitadhi Roy, S.A. Parameswaran. Absolutely stable spatiotemporal order in noisy quantum systems = Абсолютно устойчивый пространственно-временной порядок в шумных квантовых системах. Physical Review Letters, 129, 090404. August 24, 2022.

"Мы вводим модель неунитарной квантовой динамики, демонстрирующую бесконечно долгоживущий дискретный пространственно-временной порядок, устойчивый к любому унитарному или диссипативному возмущению. Эргодичности можно избежать, комбинируя последовательность проективных измерений с локальным правилом обратной связи, которое вдохновлено классическим клеточным автоматом Тума 'North-East-Center'. Рассматриваемые измерения лишь частично коллапсируют волновую функцию системы, позволяя некоторой квантовой когерентности сохраняться.

Мы демонстрируем наши утверждения, используя численное моделирование схемы Клиффорда в двух пространственных измерениях, что позволяет получить доступ к системам больших размеров, а также представляем результаты для более общей динамики систем скромных размеров. Мы также разрабатываем явные экспериментальные протоколы, реализующие эту динамику с использованием одно- и двухкубитных вентилей, которые доступны на современных платформах квантовых вычислений ... " Кристаллы времени. На arXiv.

Philipp T. Dumitrescu, Justin G. Bohnet, John P. Gaebler, Aaron Hankin, David Hayes, Ajesh Kumar, Brian Neyenhuis, Romain Vasseur, Andrew C. Potter. Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator = Динамическая топологическая фаза, реализованная в квантовом симуляторе захваченных ионов. Nature, vol. 607. July 20, 2022.

Зарождающиеся платформы для программируемого квантового моделирования предлагают беспрецедентный доступ к новым режимам далеко неравновесной квантовой динамики многих тел в почти изолированных системах ...  На arXiv.

О данном исследовании: Thomas Sumner. Strange new phase of matter created in quantum computer acts like it has two time dimensions = Странная новая фаза материи, созданная на квантовом компьютере, действует так, как будто она имеет два временных измерения. Simons Foundation. July 20, 2022.

Подвергая кубиты квантового компьютера квазиритмическим лазерным импульсам, основанным на последовательности Фибоначчи, физики продемонстрировали способ хранения квантовой информации, менее подверженный ошибкам. В этом квантовом компьютере физики создали невиданную ранее фазу материи, которая ведет себя так, как будто время имеет два измерения. Фаза может помочь защитить квантовую информацию от уничтожения гораздо дольше, чем существующие методы. Направив последовательность лазерных импульсов, вдохновленную числами Фибоначчи, на атомы внутри квантового компьютера, физики создали замечательную фазу материи. Фаза имеет преимущества двух временных измерений, несмотря на то, что по-прежнему существует только один единый поток времени ...

Дополнительно

Ben Turner. Scientists blast atoms with Fibonacci laser to make an 'extra' dimension of time = Ученые взрывают атомы лазером Фибоначчи, чтобы создать "дополнительное" измерение времени. Live Science. August 16, 2022. " ... Этот метод можно использовать для защиты данных квантового компьютера от ошибок ... "

На русском языке

ТАСС - Наука: неизвестное фазовое состояние можно назвать как "квантовые квазикристаллы времени" ...  

Новая наука: ученые проверили свою теорию, используя квантовый компьютер Quantinuum ... 

Techinsider: ученые из Института Флэтайрон создали дополнительное измерение времени при помощи лазера ...

См. также о кристаллах времени в предыдущих выпусках.

Ethan Siegel. Time isn’t simply just another dimension = Время – это не просто другое измерение. Big Think. July 21, 2022.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, материя и энергия искривляют ткань пространства-времени, и это искривленное пространство-время определяет движение материи и энергии. Но хотя само пространство-время четырехмерно, его можно разложить на три пространственных измерения и одно временное измерение. Несмотря на то, что мы прекрасно понимаем управляющую ими математику, время имеет некоторые фундаментальные отличия от любого другого измерения; вот что должен знать каждый ...  Подробно и с иллюстрациями.

Sabine Hossenfelder. Can particles really be in two places at the same time? = Могут ли частицы действительно находиться в двух местах одновременно? New Scientist. July 11, 2022.

... Реальная проблема в основе квантовой механики: мы не знаем, что такое измерение ...

Сабина Хоссенфельдер – физик-теоретик, специализируется на исследовании нашего понимания самых основ физики. Её последняя книга: Экзистенциальная физика: Путеводитель ученого по самым важным вопросам жизни. 2022. 272 страницы.

Тоже интересно: Asmaa A. Sadoon, William F. Oliver, Yong Wang. Revisiting the temperature dependence of protein diffusion inside bacteria: Validity of the Stokes-Einstein equation = Пересмотр температурной зависимости диффузии белков внутри бактерий: справедливость уравнения Стокса-Эйнштейна. Physical Review Letters, 129, 018101. July 1, 2022.

Хотя транспорт и смешивание белков и других молекул внутри бактерий зависит от диффузии молекул, многие аспекты молекулярной диффузии в бактериальной цитоплазме остаются неясными или противоречивыми, в том числе то, как зависимость диффузии-температуры следует уравнению Стокса-Эйнштейна ... 

См. релиз Университета Арканзаса: Physicist defends validity of Stokes-Einstein equation in living systems = Физик защищает справедливость уравнения Стокса-Эйнштейна в живых системах. Phys.org. July 13, 2022.

Работая с белками в живых бактериях, Йонг Ван, доцент Колледжа искусств и наук Фулбрайта, проверил уравнение 117-летней давности, которое предоставило доказательства реальности атомов и молекул. Он обнаружил, что знаменитое уравнение остается в силе для объяснения того, как молекулы движутся внутри бактерий.

"Бактериальная цитоплазма – это не простой суп, – говорит Ван. "Наше исследование показало, что это может быть больше похоже на спагетти с томатным соусом и фрикадельками".

Цитоплазма представляет собой переполненный и сложный материал внутри бактерий. Он имеет высокую концентрацию крупных биологических молекул, включая миллионы белков, углеводов и солей, а также всевозможных полимеров и нитей, таких как ДНК и РНК.

Ван обнаружил, что, хотя уравнение Эйнштейна не соответствует движению белков внутри живых бактерий, оно остается верным, принимая во внимание запутанные полимеры и нити внутри бактерий ...

The building blocks for exploring new exotic states of matter = Строительные блоки для изучения новых экзотических состояний материи. Phys.org. September 19, 2022. Релиз Министерства энергетики США.

Топологические изоляторы действуют как электрические изоляторы внутри, но проводят электричество по своей поверхности. Исследователи изучают экзотическое поведение некоторых из этих изоляторов, используя внешнее магнитное поле, чтобы заставить спины ионов внутри топологического изолятора быть параллельными друг другу. Этот процесс известен как нарушение симметрии обращения времени. Теперь исследовательская группа создала внутренний ферромагнитный топологический изолятор. Это означает, что симметрия обращения времени нарушается без приложения магнитного поля. Команда использовала различные инструменты, чтобы подтвердить структуру и свойства новых магнитных топологических материалов. В процессе они обнаружили экзотический изолятор аксиона в MnBi₈Te₁₃ ...  См. статью в журнале Science Advances – в открытом доступе.

Adam Cheminet, Damien Geneste, Antoine Barlet, Yasar Ostovan, Tarek Chaabo, Valentina Valori, Paul Debue, Christophe Cuvier, Francois Daviaud, Jean-Marc Foucaut, Jean-Philippe Laval, Vincent Padilla, Cecile Wiertel-Gasquet, Berengere Dubrulle. Eulerian vs Lagrangian irreversibility in an experimental turbulent swirling flow = Эйлерова и лагранжева необратимость в экспериментальном турбулентном закрученном течении. Physical Review Letters, 129, 124501. September 14, 2022.

В турбулентной жидкости симметрия обращения времени явно нарушается вязкостью и спонтанно нарушается в невязком пределе. Недавно Дривас была доказана эквивалентность двух различных локальных индикаторов необратимости времени: эйлерова (свойства регулярности поля скоростей) и лагранжева (свойства симметрии траекторий при обращении времени). "Мы проверяем эту эквивалентность в турбулентном эксперименте ... и обнаруживаем, что она связана с вихревым взаимодействием, предполагая связь между необратимостью и сингулярностью ... "

Paul Sutter. Why is gravity so weak? The answer may lie in the very nature of space-time = Почему гравитация такая слабая? Ответ может заключаться в самой природе пространства-времени. Space. July 28, 2022.

Как ни странно, решение проблемы слабости гравитации может заключаться не в самой гравитации, а в механике бозона Хиггса и самой природе пространства-времени.

...............................................................................................................

Например, мы могли бы увидеть, что гравитация действует сильнее, чем ожидалось, на малых расстояниях, потому что у нее не было шанса "просочиться" в дополнительные измерения ...

До сих пор ни один эксперимент не нашел никаких доказательств существования дополнительных измерений. И гравитация остается досадно слабой.

A new theory of quantum subsystems = Новая теория квантовых подсистем. Phys.org. July 26, 2022. Релиз Дартмутского колледжа.

Теоретическое исследование предлагает новую основу для идентификации подсистем и корреляций способом, совместимым с общей теорией относительности.

Исследователи обнаруживают, что понятие подсистемы больше не является объективным. "То, как мы разделяем систему, также относительно. Это зависит от того, кто на это смотрит ... "

Релиз также содержит обзорную информацию.

Charlie Wood. How the physics of nothing underlies everything = Как физика ничего лежит в основе всего. Quanta. August 9, 2022.

Ключом к пониманию происхождения и судьбы Вселенной может быть более полное понимание вакуума. Обзор.

Квантовое ничто. Истинный и ложный вакуум. Больше проблем, больше вакуумов. Мультивселенная вакуумов. Конец вакуума.

" ... Физик Эдвард Виттен впервые обнаружил "пузырь из ничего" в 1982 году. Изучая вакуум с одним дополнительным измерением, свернутым в крошечный круг в каждой точке, он обнаружил, что квантовые флуктуации неизбежно раскачивают дополнительное измерение, иногда сжимая круг до точки. Когда измерение исчезло в небытие, Виттен обнаружил, что оно унесло с собой все остальное. Нестабильность порождала бы быстро расширяющийся пузырь без внутренней части, чья зеркальная поверхность обозначала бы конец самого пространства-времени."

Brian Koberlein. Even a cyclical universe needed to come from somewhere = Даже циклическая вселенная должна была откуда-то появиться. Universe Today. August 11, 2022.

... Циклическая вселенная не нуждается в начале. Это всегда было, всегда есть и всегда будет. Но модель не лишена недостатков. Одним из основных является проблема энтропии.

Энтропия является мерой беспорядка в системе и, согласно законам термодинамики, никогда не может уменьшаться. В простой циклической модели вселенной энтропия любой данной вселенной должна быть хотя бы немного больше, чем ее родительской вселенной. Итак, если вселенные возвращаются в бесконечное прошлое, текущая вселенная будет иметь бесконечную энтропию, а ее нет. Должна была быть какая-то начальная вселенная с низкой энтропией, и мы вернулись к началу.

Есть способ обойти эту проблему. Вселенная может иметь общий масштабный коэффициент. Если этот масштабный коэффициент увеличивается с каждой вселенной, проблема энтропии исчезает. Интересно, что этот масштабный коэффициент конформно инвариантен. Что не меняет того, как выглядит вселенная. Каждая вселенная может быть в два раза больше предыдущей, но все внутри этой вселенной масштабируется с тем же коэффициентом. Если удвоить доход каждого человека на планете, но также удвоить стоимость всего, то на самом деле ничего не изменится.

Этот конформно-инвариантный масштабный фактор позволил циклической вселенной существовать без начала. Но новое исследование обнаружило изъян в данной идее. Команда изучила математическую структуру циклических моделей вселенной в рамках общей теории относительности и обнаружила, что все они геодезически неполны в прошлом. Другими словами, в рамках общей теории относительности вы не можете проследить вселенную, подобную нашей, через бесконечный цикл вселенных. Возможно, до нашей существовало огромное количество вселенных, но первая вселенная все же должна была существовать ...

Отсылка к статье: William H. Kinney, Nina K. Stein. Cyclic cosmology and geodesic completeness = Циклическая космология и геодезическая полнота. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Volume 2022, June 2022.

Jeffrey M. Perkel. Smart software untangles gene regulation in cells = Умное программное обеспечение распутывает регуляцию генов в клетках. Nature - Technology Feature. September 5, 2022.

... Энтони Гиттер из Университета Висконсин-Мэдисон, изучая профиль каждой отдельной клетки в поисках ключей к их относительному положению на пути клеточной дифференцировки, понял, что можно организовать их в хронологическом порядке в "псевдовремени".

"Псевдовремя позволяет вам упорядочивать ячейки, чтобы вы могли видеть, какие причины предшествуют эффектам", – говорит Гиттер. Он пытается "оценить момент времени для каждой клетки, используя измерения экспрессии этой одной клетки по сравнению с другими". Затем исследователи могут использовать такие оценки псевдовремени для построения генной регуляторной сети (GRN) ...

Suddhasattwa Brahma, Robert Brandenberger, Samuel Laliberte. Emergent metric space-time from matrix theory = Эмерджентное метрическое пространство-время из матричной теории. Journal of High Energy Physics, vol. 2022. September 5, 2022. В открытом доступе.

Матричная модель IKKT дает эмерджентное пространство-время. "Мы развиваем эти идеи и предлагаем новую метрику. Основываясь на предыдущих численных исследованиях этой модели, мы приводим доказательства того, что возникающее пространство-время является непрерывным и бесконечным по протяженности как в пространстве, так и во времени, и что метрика является пространственно плоской ... "

Vlatko Vedral. Why rethinking time in quantum mechanics could help us unite physics = Почему переосмысление времени в квантовой механике может помочь нам объединить физику. New Scientist. August 23, 2022.

Вдохновленный экспериментами, показывающими запутанность во времени, а не только в пространстве, Влатко Ведрал, физик и профессор квантовой теории информации в Оксфордском университете, пересматривает то, как мы думаем о времени в квантовой механике. Новый подход рассматривает пространство и время как часть одной сущности и может помочь нам разгадать черные дыры и сделать возможными квантовые путешествия во времени ...

"Я создаю машину, которая нарушает правила реальности ... " /из предыдущей статьи/;

все статьи автора в журнале New Scientist.

См. также: Constructor theory and irreversibility = Теория конструктора и необратимость. С Логаном Чипкиным. Институт фундаментальных вопросов (FQXi). April 20, 2022.

Разговор с Кьярой Марлетто и Влатко Ведралом о новом объединении теории информации и термодинамики и их недавнем эксперименте, который проверил и подтвердил теоретико-конструкторское представление о необратимости.

Подкаст и отсылки к статьям.

Merab Gogberashvili. Towards an information description of space-time = К информационному описанию пространства-времени. Foundations of Physics, vol. 52. July 7, 2022.

"Мы пытаемся описать геометрию в терминах информационных величин для Вселенной, рассматриваемой как конечный ансамбль коррелированных квантовых частиц. В качестве основного динамического принципа используется сохранение суммы всех видов энтропий: термодинамической, квантовой и информационной. Фундаментальная константа скорости интерпретируется как информационная скорость для мирового ансамбля, а также связана с гравитационным потенциалом Вселенной на частице. Два постулата, которых достаточно для вывода всей специальной теории относительности, переформулируются как принципы универсальности информационной энтропии и конечности плотности информации." На arXiv.

Jae Sung Lee, Sangyun Lee, Hyukjoon Kwon, Hyunggyu Park. Speed limit for a highly irreversible process and tight finite-time Landauer’s bound = Предел скорости для крайне необратимого процесса и точная граница Ландауэра за конечное время. Physical Review Letters, 129, 120603. September 13, 2022.

Граница Ландауэра – минимальная термодинамическая стоимость стирания одного бита информации. Поскольку эта граница достижима только для квазистатических процессов, работа за конечное время требует дополнительных энергетических затрат. "Мы находим точную (жесткую) границу Ландауэра за конечное время, устанавливая общий вид классического ограничения скорости. Эта точная граница хорошо отражает расходящееся поведение, связанное с дополнительными затратами на крайне необратимый процесс, который масштабируется иначе, чем почти необратимый процесс. Мы также находим оптимальную динамику, насыщающую равенство оценки. Мы демонстрируем справедливость этой границы с помощью дискретных однобитовых и крупнозернистых битовых систем. В нашем письме подразумевается, что во время высокоскоростных необратимых вычислений выделяется больше тепла, чем ожидалось ... "

Melvin M. Vopson, S. Lepadatu. Second law of information dynamics = Второй закон информационной динамики. AIP Advances, Volume 12, Issue 7. July 11, 2022. В открытом доступе.

Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия любой системы остается постоянной или увеличивается с течением времени. Фактически он применим к эволюции всей Вселенной.

"Здесь мы исследуем эволюцию во времени информационных систем, определяемых как физические системы, содержащие информационные состояния в рамках теории информации Шеннона. Наши наблюдения позволяют ввести второй закон информационной динамики (инфодинамики). Используя две разные информационные системы, хранилище цифровых данных и биологический РНК-геном, мы демонстрируем, что второй закон инфодинамики требует, чтобы информационная энтропия оставалась постоянной или уменьшалась с течением времени. Это прямо противоположно эволюции физической энтропии, как это диктуется вторым законом термодинамики."

..............................................................................................

Следовательно, все физические системы, содержащие информационные состояния, должны подчиняться не только второму закону термодинамики, но и второму закону инфодинамики, как показано в данной статье. Введение второго закона инфодинамики имеет фундаментальное значение, поскольку оно поможет будущим исследованиям и разработкам в самых разных областях науки, включая генетику, эволюционную биологию, вирусологию, вычислительную технику, большие данные, физику и космологию. Однако в данной статье мы не рассматриваем последствия второго закона инфодинамики для фундаментальных вопросов, таких как эволюция информации во Вселенной, общий баланс физической и информационной энтропий во Вселенной или рост биологической информации в земной биосфере и за ее пределами. Мы также не объясняем, как второй закон инфодинамики связан с временами релаксации информационных состояний и временем наблюдения, а также не затрагиваем вопрос о возможном существовании флуктуаций информационных состояний при наступлении состояния минимальной информационной энтропии. Поэтому мы надеемся, что эти оставшиеся без ответа вопросы будут рассмотрены в дальнейших исследованиях, стимулированных данной работой." См. также: "Unlimited Possibilities" – New law of physics could predict genetic mutations = "Неограниченные возможности" – новый закон физики может предсказывать генетические мутации. SciTechDaily. September 6, 2022.

Тоже интересно: Yaakov Friedman. A unifying physically meaningful relativistic action = Объединяющее физически значимое релятивистское действие. Nature - Scientific Reports, vol. 12. June 27, 2022. В открытом доступе.

Движение объекта под действием силовых полей и(или) сред описывается с помощью мировой линии с наименьшим действием в пространстве-времени, на которое она влияет ...  Возникающее тем самым единое уравнение динамики правильно описывает движение в любом электромагнитном поле, в любом статическом гравитационном поле, в комбинированном электромагнитном и гравитационном поле, а также распространение света и зарядов в изотропных средах.

Quantum physics and the end of reality by Sabine Hossenfelder and Carlo Rovelli = Квантовая физика и конец реальности от Сабины Хоссенфельдер и Карло Ровелли. Институт фундаментальных вопросов (FQXi). August 20, 2022.

Сабина Хоссенфельдер, Карло Ровелли и Эрик Вайнштейн обсуждают квантовую физику, сознание и тайну реальности. Ведущий Брайан Китинг.

Видеозапись и комментарии (август 2022 года и далее).

Bruce Dorminey. New book argues that we live in a cosmological multiverse = Новая книга утверждает, что мы живем в космологической мультивселенной. Forbes - Science. July 16, 2022.

О книге Лауры Мерсини-Хоутон "До Большого взрыва: происхождение Вселенной и что скрывается за ней". 2022. 240 страниц.

....................................................................................................

Как бы мультивселенная проявила себя?

Как "аномальные шрамы" на небе из-за процессов квантовой запутанности. Такая запутанность, в свою очередь, будет проявляться по-разному в нашей собственной мультивселенной.

Но где искать?

Такие артефакты запутанности в мультивселенной логически проявятся в топографии космического микроволнового фона (CMB) нашей Вселенной, остаточного излучения Большого взрыва ...

Расчеты автора книги привели к нескольким предсказаниям аномалий. Сначала в "далеком небе над южным полушарием". Затем, через восемь лет после ее первой статьи на эту тему, в марте 2013 года, спутник Planck Европейского космического агентства выпустил самые подробные измерения реликтового излучения из когда-либо сделанных. Их карта включала холодную точку, которую предсказывали Мерсини-Хоутон и ее коллеги.

..............................................................................................................

Лаура Мерсини-Хоутон – космолог и физик-теоретик, профессор Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. 

From tick tock to TikTok: how humans keep track of time = От тик-так до TikTok: как люди следят за временем. Physics World. August 8, 2022.

Шэрон Энн Холгейт предлагает обзор книги "Краткая история хронометража: наука об отсчете времени, от Стоунхенджа до атомных часов" Чада Орзела (2022). См. также в предыдущем выпуске.

Stav Dimitropoulos. Objective reality may not exist at all, quantum physicists say = Объективная реальность может вообще не существовать, говорят квантовые физики. Popular Mechanics. June 29, 2022.

Одна из самых больших загадок квантовой механики заключается в том, существует ли физическая реальность независимо от наблюдателя. Новое исследование бразильских ученых предоставляет убедительные доказательства того, что в квантовой сфере могут существовать взаимоисключающие, но дополняющие друг друга физические реальности ...  Краткий обзор. 

Dagmar Aarts. Can we live longer? Physicist makes discovery about telomeres = Можем ли мы жить дольше? Физик сделал открытие о теломерах. Phys.org. September 15, 2022.

Джон ван Ноорт из Лейденского института физики – один из ученых, открывших новую структуру ДНК. Биофизик, он использует методы из физики для биологических экспериментов. Это также привлекло внимание биологов из Наньянского технологического университета в Сингапуре. Они попросили его помочь изучить структуру ДНК теломер. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Исследовательский семинар "Многомировая интерпретация квантовой механики", Тель-Авив, Израиль, 18-24 октября 2022 г.

Семинар проводится Центром квантовой науки и технологий Тель-Авивского университета при поддержке Израильского научного фонда, а также Института фундаментальных вопросов (FQXi) и других институтов (организаций). В центре обсуждения – текущий статус многомировой интерпретации квантовой механики и отношение к другим интерпретациям.

Отправной точкой для данного семинара является интерпретация многих миров (MWI, ММИ), а именно позиция, согласно которой квантовая механика – это все, что написано о ней в учебниках, за исключением коллапса волновой функции. Семинар соберет ведущих специалистов, работающих в области квантовой механики и ее интерпретаций, для обсуждения различных аспектов интерпретаций множества миров, их альтернатив и последствий.

Организаторы приветствуют обсуждения, касающиеся следующего (но не ограничивающиеся этим):

- Множественность миров: Сколько миров в ММИ? Насколько велики философские трудности, к которым это приводит? Насколько сложно понятие меры существования различных миров.

- Формализм и онтология ММИ: волновая функция, гамильтониан, операторы, пространство-время. Обобщение ММИ на теорию поля, а также на теорию струн и другие теории квантовой гравитации.

- Концепция наблюдателя в ММИ: кто я? Сознание в ММИ.

- Структура вселенной ММИ: существует ли проблема предпочтительного базиса в ММИ? Какова роль декогеренции из-за окружающей среды?

- Локальность и нелокальность в ММИ и других интерпретациях: действие на расстоянии. Несепарабельность.

- Вероятность в MМИ: существует ли неопределенность исхода эксперимента? Неопределенность собственного местоположения. Статус вывода правила Борна.

- Возражения против ММИ: Каковы основные недостатки? Какие части требуют дополнительного анализа?

- Альтернативы ММИ: каковы основные конкуренты и в чем их преимущества? Каковы общие основания ММИ с другими интерпретациями?

Общая программа.

Для контактов: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Дополнительно

Участникам семинара по многомировой интерпретации квантовой механики (см. выше) предлагается внести свою статью в открытый рецензируемый специальный выпуск Quantum Reports (MDPI), посвященный интерпретации многих миров и ее альтернативам.

Первая статья в сборнике, также рекомендуемая оргкомитетом семинара к прочтению для лучшего понимания содержания данного семинара, уже доступна: Lev Vaidman. Why the Many-Worlds Interpretation? = Почему многомировая интерпретация? / Школа физики и астрономии Раймонда и Беверли Саклер Тель-Авивского университета (Израиль), Кафедра физики Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (Германия). 

Автор ищет поддержку или опровержение в отношении следующих тезисов:

1. Отсутствие действия на расстоянии – огромное физическое преимущество, которого нет в других интерпретациях;
2. Детерминизм – огромное философское преимущество, которое не рассматривается как таковое из-за ошибки в эволюции науки (по-видимому, объясняемой тем, что слишком долго не видели детерминистского варианта для физики);
3. ММИ позволяет нам рассматривать физику в трех пространственных измерениях в конкретном мире ММИ, в котором мы живем (однако мы не должны игнорировать нелокальность запутанности, для описания которой требуется конфигурационное пространство);
4. Наш мир определяет нашу мировую волновую функцию (предполагаемая проблема предпочтительного базиса), и сложная программа эмерджентности не нуждается в решении;
5. Есть только иллюзия вероятности результатов квантовых измерений. Это естественным образом приводит к эффективному правилу Борна через меры существования миров (и ему может быть придана вероятность неведения, означающая вероятность самонахождения в конкретном мире). Квантовые миры, в отличие от классических миров, могут иметь меры существования, отличные от нуля или единицы.

И. Зерчанинова