# Артем Асташенок о квантовой запутанности, черных дырах и замедлении времени Источник: https://www.youtube.com/watch?v=RapnZfuA9oc Канал: ОСНОВА Опубликовано: 25.02.2024 --- Артем Асташенок руководит лабораторией астрофизики и космологии БФУ им. Канта и занимается математическим моделированием эволюции Вселенной. Он утверждает: скорость света является фундаментальным пределом не из-за технических ограничений, а из-за сохранения принципа причинности в физике [1:48]. ## 🌌 Скорость света как предел и машина времени [[JUMP:1:01]] Классическая механика Ньютона и Галилея основывалась на очевидном законе сложения скоростей, который мы наблюдаем в повседневной жизни [2:44]. Однако электродинамика Джеймса Максвелла в XIX веке вступила в противоречие с этими законами. Альберт Эйнштейн разрешил этот конфликт, создав специальную теорию относительности и пересмотрев механику [6:14]. * Для разгона тела с ненулевой массой до скорости света требуется бесконечная энергия [8:03]. * Фотоны лишены массы, поэтому они перемещаются со скоростью света в вакууме [8:29]. * Превышение светового порога привело бы к нарушению принципа причинности: следствие могло бы опережать причину [8:55]. Теоретически превышение скорости света позволило бы создать машину времени. В некоторых системах отсчета порядок времени изменился бы на обратный, и частицы могли бы двигаться из будущего в прошлое [9:22]. Это порождает парадокс дедушки: путешественник во времени уничтожает своего предка, что делает невозможным рождение самого путешественника [10:18]. ## 🔭 Границы видимой Вселенной и Большой взрыв [[JUMP:12:05]] Вселенная считается пространственно бесконечной, но человечеству доступна лишь её малая часть. Горизонт видимости ограничен расстоянием, которое свет прошел за время существования космоса [12:18]. * Свет шел до нас около 14 миллиардов лет [12:45]. * Физический радиус наблюдаемой области составляет около 45 миллиардов световых лет из-за расширения пространства [12:59]. * Большой взрыв произошел одновременно во всех точках бесконечной Вселенной, а не в конкретном центре [14:33]. Существует гипотеза о конечности Вселенной при отсутствии её краев. Это возможно в рамках геометрии Римана, где пространство замкнуто само на себя [15:41]. По аналогии с поверхностью шара, путешественник в такой Вселенной может вернуться в исходную точку, пройдя по прямой линии [16:51]. ## ⚛️ Квантовая телепортация и парадоксы микромира [[JUMP:18:13]] В микромире свойства объектов часто не определены до момента измерения. Артем Асташенок сравнивает это с абсурдной ситуацией, когда волосы на голове появляются только в момент снятия шляпы [20:39]. Частицы находятся в состоянии суперпозиции, обладая несколькими значениями энергии или скорости одновременно. Квантовая запутанность связывает две частицы в единую систему. Если разнести их на противоположные концы галактики и измерить спин одной, состояние второй изменится мгновенно [24:38]. * Передача информации происходит быстрее скорости света, но её нельзя использовать для связи [25:45]. * Наблюдатель не знает результата измерения на другом конце без классического канала связи (телефона или интернета) [26:52]. * Квантовая телепортация — это не физическое перемещение, а перенос квантового состояния частицы на другую частицу [31:04]. Согласно теореме о запрете клонирования, невозможно создать точную копию частицы, сохранив оригинал [32:27]. В процессе телепортации исходное состояние разрушается и воссоздается в другом месте. Масштабирование этого процесса на макроскопические объекты вроде человека технически невозможно из-за взаимодействия частиц с окружающей средой [34:17]. ## 🕳️ Кротовые норы и искривление пространства [[JUMP:35:28]] Общая теория относительности объясняет гравитацию как искривление геометрии пространства-времени. Тела движутся по кратчайшим путям — геодезическим линиям, которые в искривленном пространстве не являются прямыми [37:18]. Земля вращается вокруг Солнца, потому что пространство вокруг звезды искривлено так, что эллипс становится кратчайшей траекторией [38:11]. Кротовые норы (червоточины) представляют собой гипотетические тоннели, соединяющие удаленные точки Вселенной по короткому пути [40:11]. Для их существования необходима тёмная энергия — субстанция с отрицательным давлением, обладающая антигравитацией [41:06]. * Тёмная энергия расталкивает материю и ускоряет расширение Вселенной [41:33]. * Создание искусственной кротовой норы требует колоссальных затрат энергии и управления огромными массами [43:44]. * В теории вход в кротовую нору и перемещение по ней с высокой скоростью позволяют выйти в прошлом [46:00]. ## 🌑 Тёмная материя и загадки гравитации [[JUMP:50:07]] Астроном Фриц Цвикки в 1930-х годах обнаружил, что галактики в скоплениях движутся слишком быстро. Их видимой массы недостаточно, чтобы удерживать их вместе гравитацией [48:33]. Это привело к открытию тёмной материи, которой во Вселенной в пять-шесть раз больше, чем обычной [49:16]. * Обычная материя (звезды, планеты, люди) составляет лишь 4–5% состава Вселенной [49:43]. * Тёмная материя занимает около 25%, тёмная энергия — более 70% [49:29]. * Гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью света, а не мгновенно [54:06]. В квантовой физике переносчиками сил являются частицы (фотоны для электромагнетизма). Для гравитации гипотетическим переносчиком считается гравитон, но он до сих пор не обнаружен [55:38]. Гравитация остается единственной силой, которую не удалось объединить с квантовой теорией поля [56:04]. ## 🍳 Внутри чёрной дыры: спагеттизация и время [[JUMP:1:01:25]] При падении в чёрную дыру возникают приливные силы: ноги притягиваются к центру сильнее, чем голова. В чёрных дырах звездных масс человека растянет в длинную нить — этот процесс называют спагеттизацией [1:01:46]. В сверхмассивных дырах в центрах галактик горизонт событий можно пересечь безболезненно [1:01:07]. Внутри чёрной дыры время и пространство меняются местами [1:03:46]. 1. Движение времени превращается в неумолимое движение к центру [1:03:58]. 2. Остановиться невозможно, как невозможно остановить ход времени в нашем мире. 3. Наблюдатель видит Вселенную сжатой в одном направлении и вытянутой в другом, похожей на сигару [1:04:10]. Помимо чёрных дыр, во Вселенной существуют чёрные карлики — это остывшие белые карлики, которые перестали светиться и летают в пространстве как огромные булыжники размером с Землю [1:06:07]. ## 🚀 Нейтронные звезды и моделирование эволюции [[JUMP:1:10:08]] Нейтронные звезды образуются после взрывов сверхновых. При массе больше солнечной их радиус составляет всего 10–12 километров [1:07:55]. Плотность материи в них в $10^{16}$ раз превышает плотность воды [1:08:20]. Мы видим их как пульсары — вращающиеся магнитные объекты, испускающие периодические импульсы [1:10:35]. Современные ученые используют суперкомпьютеры для моделирования космических процессов. Проект Illustris позволил проследить эволюцию Вселенной от возраста 10 миллионов лет до наших дней [1:18:06]. * Симуляция задействовала более 8 000 процессорных ядер и 25 терабайт оперативной памяти [1:18:47]. * Расчет на обычном ноутбуке занял бы 2 000 лет [1:19:29]. * Моделирование подтвердило правильность понимания крупномасштабной структуры распределения материи [1:19:54]. Межзвездные путешествия возможны благодаря замедлению времени при околосветовых скоростях. Для экипажа корабля, летящего со скоростью 0,999 от световой, может пройти одна секунда, пока на Земле пройдет целый год [1:22:31]. Это позволяет достичь далеких звезд за время человеческой жизни, но делает невозможным возвращение к современникам.