В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и комик Чак Найс отвечают на вопросы слушателей в формате «Cosmic Queries». В центре внимания — последние достижения в области квантовой запутанности, парадоксы черных дыр и фундаментальные законы физики, которые остаются неизменными во всей Вселенной.
🔗 Квантовая запутанность и «технологический разрыв» 3:47
Квантовая запутанность остается одним из самых загадочных явлений современной науки. Отвечая на вопрос слушателя из Торонто, Нил Деграсс Тайсон объяснил, что частицы не «рекрутируются» для этого состояния — они должны быть рождены вместе . Когда две частицы создаются из одного энергетического состояния, они обладают взаимодополняющими свойствами. При их разделении эти свойства сохраняются, создавая систему, где измерение одной частицы мгновенно раскрывает состояние другой, независимо от расстояния .
По словам Тайсона, между США и Китаем сейчас наблюдается «разрыв в квантовой запутанности» (quantum entanglement gap) . Он утверждает, что Китай активно развивает это направление и удерживает рекорд по дистанции передачи запутанного состояния — от орбитального спутника до поверхности Земли . Китайским ученым удалось найти способ изолировать частицы так, чтобы внешняя среда не приводила к коллапсу волновой функции раньше времени .
Ключевые факты о запутанности:
- Механизм: Измерение любой из частиц приводит к коллапсу волновой функции, после чего они перестают быть запутанными .
- Скорость: Взаимодействие происходит мгновенно, превышая скорость света .
- Информационный парадокс: Несмотря на мгновенную связь, ученые пока не нашли способа передавать осмысленную информацию через запутанные частицы без классического канала связи .
🌧️ Физика дождя: бежать или идти? 7:30
Вопрос Эрнесто Медина из Кубы о том, как меньше промокнуть под дождем, Тайсон разобрал с точки зрения математического анализа. По его мнению, это классическая задача на минимизацию в исчислении (calculus), где две переменные действуют в противоположных направлениях .
Аргументация Тайсона строится на следующих факторах:
- Вертикальный поток: Если вы идете медленно, капли падают в основном на голову и плечи. Общее количество воды зависит от времени пребывания под дождем .
- Горизонтальный поток: Если вы бежите, вы сокращаете время в пути, но при этом «врезаетесь» в капли, которые находятся перед вами, увеличивая количество воды на передней части тела .
- Переменные: Итоговый результат зависит от площади поперечного сечения тела, скорости бега и интенсивности осадков .
Тайсон сравнил эту задачу с поиском точки равновесия в экономике, где пересекаются кривые спроса и предложения для достижения максимальной прибыли .
🌌 Универсальность законов физики 10:49
Слушатель Адам Вир предположил, что на Земле физика работает иначе, чем в остальной Вселенной, что вызвало эмоциональную реакцию ведущего. Тайсон процитировал главу из своей книги «Смерть в черной дыре» под названием «На Земле, как и на небесах» .
Основные тезисы об универсальности законов:
- Наследие Ньютона: До Исаака Ньютона считалось, что небесные тела подчиняются своим, «божественным» законам, недоступным человеческому разуму .
- Спектроскопия: В XIX веке астрономы обнаружили, что химические сигнатуры Солнца и далеких звезд идентичны тем, что наблюдаются в земных лабораториях .
- Масштаб: Физика атомов (квантовая механика) и макроскопическая физика (законы Ньютона) — это не разные «физики» для разных мест, а разные режимы проявления одних и тех же правил в зависимости от размера объекта .
По утверждению Тайсона, физические законы инвариантны не только в пространстве, но и во времени .
🕳️ Черные дыры: зонды и «спагеттификация» 20:11
Томас Ассер из Норвегии предложил использовать квантовую запутанность для получения данных из-за горизонта событий черной дыры. Тайсон признал идею интересной, но указал на ряд фундаментальных препятствий .
Проблемы исследования черных дыр:
- Информационный барьер: Частицы, попадающие в черную дыру, по сути, перестают быть источником полезных данных. Как шутит Тайсон, мы сможем узнать только то, что «объект состоял из протонов», но не более того .
- Замедление времени: Согласно теории относительности, время вблизи черной дыры течет иначе. Для орбитального наблюдателя зонд может передавать 10 минут данных, которые в его системе координат растянутся на годы .
- Сингулярность: Согласно современным уравнениям, материя коллапсирует в точку с бесконечной плотностью и нулевым объемом . Тайсон отмечает, что Эйнштейн верил в существование некоего механизма, предотвращающего этот абсурд, и сейчас над этой проблемой работают теоретики струн .
🏆 Главные открытия современности 23:13
Тайсон выделил три ключевых изменения в нашем понимании космоса, произошедших за время его жизни:
- Сверхмассивные черные дыры: Теперь наука исходит из того, что в центре каждой крупной галактики находится гигантская черная дыра .
- Нуклеосинтез: Подтверждение того, что все тяжелые элементы в наших телах были созданы в ядрах звезд и разбросаны при их взрывах .
- Возраст Вселенной: Если в годы его учебы погрешность составляла два раза (от 10 до 20 млрд лет), то сейчас возраст определен точно — 13,8 млрд лет .
🚀 Кроткие норы и путешествия во времени 33:49
Обсуждая возможность создания «кротовых нор» (wormholes), Тайсон подчеркнул, что для поддержания такого портала в открытом состоянии требуется «экзотическая материя» с отрицательной гравитацией . На данный момент науке неизвестны способы предотвратить мгновенный коллапс такой структуры под действием обычной гравитации .
Тайсон также сравнил научную фантастику: по его мнению, сериал «Рик и Морти» ближе к научному подходу, чем «Доктор Стрэндж», поскольку Рик использует технологии и расчеты, а не магию .
В завершение выпуска была затронута тема колец у каменистых планет. Тайсон напомнил, что в момент формирования Луны у Земли, скорее всего, было собственное кольцо из обломков . Однако гравитация Луны со временем «вычистила» орбиту, поглотив эти частицы, что объясняет отсутствие колец у Земли сегодня .
