Нобелевская премия в области физики присуждена британскому исследователю китайского происхождения Чарльзу Као за разработки оптических систем передачи данных, и двум ученым из США Уилларду Бойлу и Джорджу Смиту за изобретение оптических полупроводниковых сенсоров - ПЗС-матриц, объявила Королевская шведская академия наук.
Чарльз Као (Charles Kao), сотрудник британской исследовательской лаборатории и одновременно университета Гонконга, получит половину премии. Сотрудники лабораторий Белла Уиллард Бойл (Willard Boyle) и Джордж Смит (George Smith) разделят вторую половину.
Согласно формулировке решения Нобелевского комитета, премия присуждена Као за "выдающиеся достижения, касающиеся распространения света в волокнах оптических линий связи". Смит и Бойл получают премию "за изобретение светочувствительных полупроводниковых схем - ПЗС-матриц", которые широко используются в цифровых фотоаппаратах и других приборах.
Церемония вручения премий проходит в Стокгольме и Осло 10 декабря, в день кончины ее основателя - Альфреда Нобеля (1833-1896) - шведского изобретателя, промышленника, лингвиста, философа и гуманиста.
По многочисленным просьбам публикую статью о Теории струн. Попытаюсь рассказать максимально доступно об этой бесспорно интересной теории.
Сейчас, мы достигли больших успехов в физике. Мы имеем несколько калибровочных теории, которые описывают все известные нам взаимодействия, но единой и полной теории, которая объединяла бы все эти взаимодействия, нет. Эта мечта физики и в известном смысле «Священный Грааль» для науки в целом.
На данный момент, самые большие разногласия в теоретической физике, обусловлены невозможностью проквантовать гравитацию.
Напомню историю вопроса.
В 1915 году А. Эйнштейн публикует Общую теорию относительности. Геометрическая теория, прекрасно описывающая взаимодействия во Вселенной, которая объясняет практически всё: траектории движения планет и спутников, смещение перигелия у Меркурия; ведет к новыми выводам, например, о наличии Чёрных дыр. Это, без сомнения, гениальная теория, великое озарение физика-теоретика, теория, имеющая большой авторитет в науке. Уравнения Эйнштейна до сих пор подводят ученых к новым открытиям в физике. Однако Общая теория относительности приходит к выводу о наличии пространственно-временных сингулярностей, областей пространства-времени, имеющих большую вейлевскую кривизну, областей, в которых должны нарушаться законы физики. Таким образом, сама ОТО ведет к тому, что не может полностью прогнозировать будущее.
В тоже время, есть головокружительная Квантовая теория поля. В основе, которой лежит принцип неопределенности Гейзенберга. Квантовая электродинамика, квантовая термодинамика и многие другие теории также отлично согласуются с экспериментальными данными. К примеру , теория фазовых переходов первого и второго рода, теория конденсированного состояния, теория Ферми-жидкости, теория жидкого гелий – 2 и многое другое. Квантовая теория, однако, имеет ряд проблем, как например, при попытке вычисления амплитуды для многосвязных феймановских диаграмм, получаем бесконечность.
Из точных решений уравнений общей теории относительности следует наличие объектов, которых мы привыкли называть Черными дырами. Их существование научно не доказано, но о таких объектах мы знаем достаточно много, особенно благодаря Стивену Хокингу, который смог приписать черной дыре и температуру, распространив на нее законы термодинамики. Он получил температурные соотношения для черной дыры, предсказал ее излучение (Излучение Хокинга). Даже температуру мы можем объяснить с точки зрения пространства-времени: температура – период по мнимому времени.
И, казалось бы, все довольно хорошо, однако весь детерминизм, который мы видим, пропадает, когда встает вопрос о потери информации в черных дырах, необходимо квантование гравитации, которое невозможно – в ответе получаются бесконечные величины. Согласно теории Хокинга, черная дыра излучает виртуальные пары частица-античастица, но, это частицы совсем другой природы, нежели чем те, которые она поглощает.
Вопрос о «потери информации» в черной дыре является одним их самых актуальных на данный момент.
Дабы оправдать громкое название моего блога я бы хотел разъяснить одну из самых, по моему скромному мнению, интересных проблем. Это проблема Шрёдингерского кота.
Хотелось бы кратко напомнить суть мысленного эксперимента, который придумал Эрвин Шредингер, дабы наглядно показать неполноту Копенгагенской квантовой механики, которая была придумана Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом.
Итак, в закрытом ящике находится кот и радиоактивное ядро, причем, параметры подобраны так, что вероятность того, что оно распадется через один час, равна 50%, также в ящике находится сосуд с ядовитым газом. Если ядро распадется, то оно приведет в действие механизм, который откроет емкость с ядовитым газом, и вследствие этого, кот умрёт.
Согласно квантовой механике, так как мы не наблюдаем за ядром, то его состояние описывается смешением всех возможных состояний, то есть суперпозиций двух возможных состояний – распавшегося и нераспавшегося ядра. Из этого следует, что через час кот, сидящий в ящике, будет также, находится в смеси состояний, и будет одновременно жив и одновременно мёртв. А если же ящик открыть, то мы увидим конкретное состояние, либо:
1) Ядро распалось -> Кот мёртв
Либо
2) Ядро не распалось -> Кот жив
Эксперимент на простом и наглядном примере показывает неполноту квантовой механики, и ставит вопрос: «В какой момент времени суперпозиция состояний «Ядро не распалось -> Кот жив» и «Ядро распалось -> Кот мёртв» выбирает одно конкретное состояние.
Таким образом, заходит речь об отсутствии в квантовой механики теорем и правил, которые описывали когда происходит коллапс волновой функции, которая является лишь математическим приемом в квантовой механике, что бы описать процесс мгновенного перехода системы из суперпозиции состояний в одно конкретное состояние.
Мысленный эксперимент со Шрёдингерским котом показывает неточность, с которой квантовая механика описывает реальные макроскопические процессы, и то, что как и кто не может быть одновременно и живым, и мёртвым, так и ядро может либо распасться, либо нет.
Существует несколько интерпретаций эксперимента Шрёдингера. Рассмотрим две, которые кажутся мне наиболее интересными.
Копенгагенская интерпретация.
В случае, если мы накладываем макроскопическую волновую функцию на квантовое состояние, мы из опыта должны заключить, что суперпозиция разрушается. И хотя не совсем ясно, что значит, что нечто является «макроскопическим» вообще, про кота точно известно, что он является макроскопическим объектом. Таким образом, копенгагенская интерпретация не считает, что до открытия ящика кот находится в состоянии смешения живого и мёртвого.
Интерпретация Роджера Пенроуза (заведующий кафедрой фундаментальной математики в Оксфордском университете)
В мысленном эксперименте, в общем виде матрица плотности представляет собой:
w|1|>1_1|+z|2|>2_1|,
где
1 – мёртвый кот,
1_1 – ядро распалось;
2 – живой кот,
2_1 – ядро не распалось.
В данном случае 1_1 и 2_1 относятся к описанию окружающей среды.
Такая интерпретация соответствует классической квантовой механике. Однако пока мы не исключим 1_1 и 2_1 ,мы не будем находиться к решению этой задачи, чем до составления матрицы плотности. Суперпозиция говорит нам, что с точки зрения «декогерентности окружающей среды» нельзя объяснить тот факт, что кот либо просто жив, либо просто мёртв.
Такие неопределенности, согласно гипотезе Пенроуза должны сокращаться благодаря квантовой теории гравитации и различных пространственно-временных преобразований.
