Мандри електронів у часі, галактика у 20 млрд років від нас, нові елементи Чумацького шляху
Автори: Марат Каменщиков
Новини астрономії за березень 2019
Вчені повернули квантову систему назад у часі. Так чи не так?
Вченим із Московського фізико-технічного інституту разом з американськими та швейцарськими колегами вдалося повернути стан квантового комп’ютера на долі секунди в минуле.
Російські вчені підготували низку робіт, присвячену можливим шляхам порушення другого закону термодинаміки. Простими словами, другий закон термодинаміки – це закон природи, згідно з яким рівень впорядкованості у навколишньому світі постійно зменшується. Ще простіше: якщо зачепити склянку на столі, вона впаде і розіб’ється, але ми ніколи не бачили, щоби друзки летіли вгору і збиралися у цілу склянку знов. Таким чином події, які ми спостерігаємо, підказують нам, у яку сторону часу ми рухаємося.
Експеримент російських фізиків стосувався зміни стану квантового комп’ютера «назад у часі» і проходив у три етапи. На першому етапі впорядкований стан під дією спеціальної програми №1 втрачається і комп’ютер переходить у невпорядкований стан. Спеціальною програмою №2 трансформують стан комп’ютера таким чином, щоби на третьому етапі знов під дією програми №1 комп’ютер повернувся в початковий упорядкований стан.
Використовуючи популярну аналогію з більярдним столом, цей процес можна описати наступним чином. У впорядковану пірамідку кульок влучають бітою, від чого вони розлітаються в різні боки. На другому етапі докладають таку спеціальну дію, після якої кульки повертаються на свої місця, неначе в противагу другому закону термодинаміки. Звичайно, ця аналогія неповна, бо квантовий комп’ютер працює за законами квантової фізики, в якій дещо інший зміст поняття стану фізичної системи.
Використовують також іншу аналогію: з локалізацією в просторі електрона-одинака. Під дією другого закону термодинаміки з часом все складніше точно визначити його характеристики, а його локалізація трактується дослідниками як «повернення в часі».
В результаті дослідження квантовий комп’ютер з двох кубітів повертався у початковий стан у 85% дослідів, а комп’ютер із трьох кубітів – у 50%. Дослідники пояснюють це помилками в роботі комп’ютерів.
Початковий стан системи і три стадії експерименту з квантовим комп’ютером, що повторюють мисленнєвий експеримент з електроном, і аналогія механічної системи більярдних кульок. Під дією точного втручання система переходить у впорядкований стан, що трактується як «повернення в часі». Джерело: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ
«Hubble» отримав фотографії галактики, що перебуває на відстані 20 млрд світлових років від Землі
«Як це можливо?» – запитаєте ви. Теорія відносності дає пояснення.
Згідно з загальною теорією відносності, світло змінює напрям поширення, проходячи повз масивні тіла. Внаслідок цього світло від віддалених об’єктів може прийти різними шляхами.
В новому знімку, отриманому телескопом «Габбл», віддалена галактика зобразилася одразу чотири рази, створивши фігуру, відому під назвою «хрест Ейнштейна». Щоби підтвердити, що це справді наслідок гравітаційного лінзування, а не окремі об’єкти, вчені застосували інший телескоп «Gran Telescopio Canarias» для спектроскопічних досліджень.
Фігуру «хрест Ейнштейна» спостерігають лише вдруге за всю історію спостережень.
У центрі масивна еліптична галактика, а коло неї чотири зображення віддаленої від Землі на 20 мільярдів світлових років галактики. Джерело: Instituto de Astrofísica de Canarias
Гігантські потоки речовини з галактичного центру
Спостереження центру Чумацького шляху в рентгенівському діапазоні відкрили астрономам нові елементи структури галактики. Вони дозволять краще зрозуміти процеси, що відбуваються в інших спіральних галактиках.
2010 року космічним апаратом NASA «Fermi» в діапазоні гамма-хвиль були виявлені дві області випромінення, названі міхурами Фермі. Вони розташовані по обидва боки вище і нижче галактичного диска і мають діаметр приблизно вдвічі менше діаметру нашої галактики.
Подальші спостереження виявили ще два елементи цієї структури. Ці елементи - це своєрідні «містки», що переносять випромінювання з центру Чумацького шляху до міхурів по обидва боки від галактики.
«Ми знаємо, що потоки речовини й енергії, що виходять з центру галактики, мають вирішальне значення для її еволюції і форми, однак вивчення цих процесів вкрай ускладнене», – розповідає Габріель Понті, провідний автор дослідження з Інституту позаземної фізики ім. Макса Планка (Німеччина) і Національного інституту астрофізики (Італія).
«Чумацький Шлях розглядається як своєрідний прототип стандартної спіральної галактики. У певному розумінні це відкриття проливає світло на те, як усі типові спіральні галактики та їхній вміст можуть поводитися у всьому Всесвіті», – сказав Марк Морріс, співавтор дослідження з Каліфорнійського університету (США).
Ілюстрація показує диск Чумацького Шляху, два міхури Фермі та нововідкриті потоки. Джерело: Nature/Ponti et al.
