Меню

Когда монеты превышает скорость света



Ученые НАСА достигли «квантовой телепортации» на расстояние более 43 км. Единицы квантовой информации были переданы мгновенно, что превысило скорость света

Ученые НАСА испытали в США прототип интернета будущего на скорости, превышающей скорость света. Это стало возможным благодаря эффекту «квантовой телепортации». Они успешно использовали квантовую запутанность для мгновенной передачи сигналов на расстояние более 43 км.

Аналогов нет

Физики впервые продемонстрировали работающую «квантовую телепортацию», передав кубиты (единицы измерения квантовой информации) на большие расстояния. Кубиты передавались со скоростью, превышающей скорость света, на расстояние в 43,5 км. Новая технология способна привести к революции в вычислениях и созданию квантового интернета.

Системы квантовой связи быстрее и безопаснее обычных сетей, потому что они используют фотоны, а не компьютерный код, который можно взломать. Их разработка основана на новых физических принципах, в корне меняющих представление о работе компьютеров.

Сеть, защищенная от взлома

В квантовом интернете информация, хранящаяся в кубитах (квантовом эквиваленте компьютерных битов), перемещается или «телепортируется» на большие расстояния посредством запутанности. Это явление, при котором две частицы связаны таким образом, что информация, переданная одной, передается другой в одно и то же время. То есть квантовое состояние каждой частицы зависит от состояния другой, даже если они находятся на большом расстоянии.

Таким образом, квантовая телепортация — это перенос квантовых состояний из одного места в другое. Однако он очень чувствителен к влиянию окружающей среды, которая может легко нарушить качество или точность телепортации. Доказать теорию на практике технологически было очень сложно. Поэтому достижение ученых НАСА можно считать прорывом в прикладной физике.

Ход эксперимента

В эксперименте ученые из Калифорнийского технологического института, NASA и Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми построили уникальную систему между двумя лабораториями, расположенными на расстоянии 43,5 км друг от друга. Она состоит из трех узлов, которые взаимодействуют друг с другом. Оборудование мгновенно передает последовательность кубитов из одного места в другое.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале PRX Quantum, «телепортация» происходит мгновенно, быстрее скорости света. Экспериментаторы сообщили, что точность передачи информации – совпадение полученного сигнала кубита с исходным отправленным сообщением – превышает 90 %.

Головокружительные перспективы

Результаты проекта имеют решающее значение для создания сети нового поколения. Кроме того, это будет одно из первых практических воплощений достижений в изучении квантовой физики. Мощность квантового компьютера, работающего в квантовом же интернете, способна превзойти скорость работы самых современных суперкомпьютеров в 100 триллионов раз.

Хотя технология еще сырая и требует применения сложного оборудования, государственные структуры и военные уже вынашивают планы ее применения. Например, Министерство энергетики США надеется построить квантовую сеть между своими лабораториями, расположенными в разных штатах. Это позволит защитить энергосистему от хакерских атак.

Что такое квантовая запутанность

В квантовой физике запутанные фотоны остаются как бы связанными между собой, словно близнецы. Действия, выполняемые одной частицей, влияют на поведение другой, даже если они разделены огромными расстояниями.

Запутанность происходит, когда часть фотонов физически взаимодействует. Например, лазерный луч, проходящий через кристалл определенного типа, может вызвать разделение отдельных световых частиц на пары запутанных фотонов.

Любопытно, что Эйнштейн, сам будучи нестандартно мыслящим гением, невзлюбил эту теорию всем сердцем. Она предполагает, что информация может перемещаться быстрее света. А это противоречит основному постулату теории относительности, в которой сказано, что ничто не может перемещаться быстрее. Но оказалось, что квантовый мир слишком непохож на наш и отказывается подчиняться Эйнштейну.

Источник

Почему нельзя превысить скорость света, и почему она именно такая

Эйнштейн однажды назвал скорость света «пределом скорости Вселенной». Он утверждал, что путешествие со скоростью, превышающей световую, нарушит принцип причинности. А это то же самое, что попадание пули в цель до того, как был спущен курок.

Даже ускорение до скорости света нарушило бы определенные фундаментальные энергетические условия. Однако благодаря этому стало бы возможным так называемое «путешествие во времени».

Что такое скорость света

Скорость света (или скорость фотона) в почти идеальном вакууме составляет ровно 299 792 458 м/с. Мы воспринимаем фотоны (свет), движущимися с такой скоростью, потому что они безмассовые или не имеют «веса», хотя и обладают кинетической энергией.

Фотон — частица света, квант электромагнитной (световой) энергии. Фотон является самой распространённой частицей во Вселенной.

Каждая частица в нашей Вселенной (включая фотоны) движется или «плывет» через то, что ученые называют «полем Хиггса». В результате этого взаимодействия частицы приобретают свою массу. Различные частицы взаимодействуют с полем Хиггса с разной силой, поэтому некоторые частицы тяжелее (имеют большую массу), чем другие. Фотоны также проходят сквозь поле Хиггса, но совершенно не взаимодействуют с ним, поэтому не имеют никакой массы.

Читайте также:  Как открыть дверь домофона если отключили свет

Поскольку фотоны не взаимодействуют с полем Хиггса, значит их ничего не ограничивает в скорости. Они могут двигаться с максимально возможной скоростью — своей собственной «световой» скоростью.

Почему скорость света не меньше и не превышает 299 792 458 м/с?

Потому, что эта точная скорость является фундаментальной константой нашей Вселенной. Именно такой максимальный показатель скорости был «установлен» после Большого взрыва. Есть и другие константы, благодаря которым Вселенная существует именно в таком виде: гравитационная постоянная, масса покоя протона и электрона, ускорение свободного падения и пр. За каждой константой закреплены определённые цифры, и будь они иными, то мир бы выглядел совсем иначе.

Почему ничего, кроме света, не может набрать такую скорость

Частицам, имеющим массу, требуется энергия для ускорения. Чем ближе к световой скорости приближается частица, тем больше энергии требуется, чтобы перемещаться быстрее. Это связано с тем, что сами частицы становятся более массивными по мере увеличения скорости. Короче говоря, чем быстрее вы движетесь, тем тяжелее становитесь. На малых скоростях это практически неощутимо, но при приближении к скорости света это становится резко заметным.

Получается, что если вы хотите ускорить хотя бы один электрон до световой скорости, вам потребуется бесконечное количество энергии, поскольку электрон становится бесконечно тяжелым. У света нет массы, поэтому такой проблемы у него не возникает.

Во всей Вселенной не хватит энергии, чтобы разогнать хотя бы один электрон до скорости света.

Как выглядит скорость света для самого света

Один из методов, который Эйнштейн использовал для формулирования своей специальной теории относительности, заключался в мысленной визуализации того, как Вселенная будет выглядеть с точки зрения фотона. Эйнштейн считал, что существование для фотона выглядело бы очень странно. Например, если бы вы были фотоном, время не имело бы для вас значения. Казалось бы, что все происходит мгновенно.

Проведём небольшой мысленный эксперимент. Действующие лица:

  1. Обычный фотон, зародившийся на поверхности звезды в другой галактике на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от Солнечной системы.
  2. Наблюдатель на Земле, который во что бы то ни стало хочет увидеть свет именно с этим фотоном.

Человеку на Земле придётся ждать ровно 4 миллиарда лет пока фотон долетит до его сетчатки. Для фотона же всё выглядит так: в одно мгновение он был создан, а в следующее он отражается или поглощается поверхностью глазного яблока. Фотон не пережил течения времени — его рождение и смерть произошли мгновенно.

Корабли, разгоняющиеся до скорости света, так и останутся фантастикой

Скорость света можно воспринимать как «бесконечную скорость». Распространенное заблуждение — думать, что световая скорость такая же, как и любая другая конечная скорость. Скорость света конечна только с точки зрения наблюдателя; с точки зрения фотона она бесконечна. Если вы двигаетесь со скоростью, равной скорости света, вы можете отправиться куда угодно ровно за ноль секунд.

Ничто не может двигаться быстрее света, потому что скорость света можно рассматривать как бесконечную. Достичь или превзойти эту константу означало бы движение со скоростью бесконечно км/ч.

Источник

Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? (6 фото)

Многие обращали внимание на то, что во время грозы существует задержка между вспышкой молнии и звуком грома. Вспышка, как правило, доходит до нас быстрее. Это значит, что она имеет большую быстроту, чем звук. С чем это связано? Что такое скорость света и как её измеряют?

Что такое скорость света?

Давайте для начала разберемся, что такое скорость света. По-научному, это такая величина, которая показывает, насколько быстро перемещаются лучи в вакууме или в воздухе. Также нужно знать, что такое свет. Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.
Интересный факт: свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.

Читайте также:  Головной свет через реле ваз

Что такое скорость света своими словами?

Если объяснять простыми словами, скорость света — это временной промежуток, за который световой луч проходит какое-нибудь расстояние. Время принято измерять в секундах. Однако некоторые ученые используют другие единицы измерения. Расстояние тоже измеряется по-разному. В основном — это метр. То есть, эту величину считают в м/с. Физика объясняет это следующим образом: явление, которое движется с определенной скоростью (константой). Чтобы легче понять, давайте рассмотрим следующий пример. Велосипедист движется с быстротой 20 км/ч. Хочет догнать водителя автомобиля, скорость которого равна 25 км/ч. Если посчитать, то авто едет на 5 км/час быстрее велосипедиста. С лучами света дела обстоят по-другому. Как быстро бы ни двигался первый и второй человек, свет, относительно них, движется с постоянной быстротой.

Чему равна скорость света?

При нахождении не в вакууме, на свет влияют различные условия. Вещество, через которое проходят лучи, в том числе. Если без доступа кислорода количество метров в секунду не меняется, то в среде с доступом воздуха значение изменяется. Свет проходит медленнее через различные материалы, такие как стекло, вода и воздух. Этому явлению дан показатель преломления, чтобы описать, насколько они замедляют движение света. Стекло имеет показатель преломления 1,5, это означает, что свет проходит через него со скоростью около 200 тысяч километров в секунду. Показатель преломления воды равен 1,3, а показатель преломления воздуха — немного больше 1, это означает, что воздух лишь слегка замедляет свет. Следовательно, после прохождения через воздух или жидкость, скорость замедляется, становится меньшей, чем в вакууме. Например, в различных водоемах скорость передвижения лучей равна 0.75 от быстроты в космосе. Также при стандартном давлении в 1.01 бар, показатель замедляется на 1.5-2%. То есть при земных условиях скорость света варьируется в зависимости от условий окружающей среды.
Для такого явление придумали специальное понятие — рефракция. То есть преломление света. Это широко используется в различных изобретениях. К примеру, рефрактор — телескоп с оптической системой. Также с помощью этого также создают бинокли и другую технику, суть работы которой заключается в использовании оптики.
В общем, меньше всего луч поддается рефракции, проходя через обычный воздух. При прохождении через специально созданное оптическое стекло, скорость равняется примерно 195 тысячам километров в секунду. Это практически на 105 тыс км/сек меньше константы.

Самое точное значение скорости света

Ученые-физики за многие года накопили опыт исследований скорости световых лучей. На текущий момент самое точное значение скорости света — 299 792 километра в секунду. Константу установили в 1933 году. Число актуально до сих пор. Однако в дальнейшем появились сложности с определением показателя. Это произошло из-за погрешностей в измерении метра. Сейчас само значение метра напрямую зависит от скорости света. Оно равняется расстоянию, которое лучи проходят за определенное количество секунд — 1/скорость света.

Чему равна скорость света в вакууме?

Поскольку в вакууме на свет не влияют различные условия, то его скорость не меняется так, как на Земле. Скорость света в вакууме равна 299 792 километрам в секунду. Такой показатель является предельным. Считается, что ничто в мире не может двигаться быстрее, даже космические тела, которые движутся довольно быстро.
К примеру, истребитель, Боинг Х-43, который превышает скорость звука практически в 10 раз (более 11 тысяч км/ч), летит медленнее, чем луч. Последний движется более, чем на 96 тысяч километров в час быстрее.

Как измеряли скорость света?

Самые первые ученые пытались измерить эту величину. Использовались разные методы. В период античности, люди науки считали, что она бесконечная, поэтому невозможно ее измерить. Это мнение осталось надолго, вплоть до 16-17 века. В те времена появились другие ученые, которые предположили, что луч имеет конец, а скорость можно измерить.
Известный астроном из Дании Олаф Рёмер вывел знания о скорости света на новый уровень. Он заметил, что затмение спутника Юпитера опаздывает. Ранее на это никто не обращал внимание. Следовательно, он решил посчитать скорость. Он выдвинул приблизительную скорость, которая была равна около 220 тысячам километров в секунду. Позже за исследования взялся ученый из Англии Джеймс Брэдли. Он хоть и не был прав полностью, но слегка приблизился к текущим результатам исследований.
Через некоторое время большинство ученых заинтересовались этой величиной. В исследованиях принимали участие люди науки из разных стран. Однако до 70-х годов 20 века каких либо грандиозных открытий не было. С 1970-х, когда придумали лазеры и мазеры (квантовые генераторы), ученые провели исследования и получили точную скорость. Текущее значение актуально с 1983 года. Исправляли лишь небольшие погрешности.

Читайте также:  Как отремонтировать настольных ламп дневного света

Опыт Галилея

Ученый из Италии удивил всех исследователей тех годов простотой и гениальностью своего опыта. Ему удалось провести измерение скорости света с помощью обычных инструментов, которые находились у него под рукой. Он и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари, оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно, открывая и закрывая свет, они пытались рассчитать скорость света. Галилео и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать свет. Когда один открыл, то же делает и другой. Однако эксперимент был провальным. Чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.

Опыт Рёмера и Брэдли

Об этом исследовании уже было кратко написано выше. Это один из самых прогрессивных опытов того времени. Рёмер использовал знания в астрономии для измерения скорости передвижения лучей. Происходило это в 76 году 17 века. Исследователь наблюдал за Ио (спутником Юпитера) через телескоп. Он обнаружил следующую закономерность: чем больше наша планета удаляется от Юпитера, тем большая задержка в затмении Ио. Самая большая задержка составляла 21-22 минуты. Предположив, что спутник отдаляется на расстояние равное длине диаметра орбиты, ученый разделил расстояние на время. В результате он получил 214 тысячи километров в секунду. Хоть это исследование считается очень примерным, потому что расстояние было примерным, он приблизился к текущему показателю.
В 18-м веке Джеймс Брэдли дополнил исследование. Для этого он использовал аберрацию — изменение положение космического тела из-за движения Земли вокруг солнца. Джеймс измерил угол аберрации, и, зная скорость движения нашей планеты, он получил значение в 301 тысячу километров в секунду.

Опыт Физо

Исследователи и обычные люди отнеслись скептически к опыту Рёмера и Джеймса Брэдли. Несмотря на это, результаты были самыми близкими к истине и актуальными на протяжении более века. В 19 столетии Арман Физо — ученый из столицы Франции, Парижа, внес вклад в измерение этой величины. Он использовал способ вращающегося затвора. Также, как и Галилео Галилей со своим помошником, Физо не наблюдал за небесными телами, а исследовал в лабораторных условиях.
Принцип опыта прост. Луч света был направлен на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8.6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов, ученый получил результат 313 тыс. км/сек. Позже исследование повторил французский физик и астроном Леон Фуко, получив результат 298 тыс. км/сек. Самый точный результат на то время. Позже измерения проводились при помощи лазеров и мазеров.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Существуют объекты быстрее скорости света. Например, солнечные зайчики, тень, колебания волн. Хотя теоретически они могут развить сверхсветовую скорость, энергия, которую они выделяют не будет совпадать с вектором их движения.
Если световой луч проходит, к примеру, через стекло или воду, то его могут обогнать электроны. Они не ограничены в скорости передвижения. Следовательно, в таких условиях свет не движется быстрее всех. Этот феномен назван эффектом Вавилова — Черенкова. Чаще всего встречается в глубоких водоемах и реакторах.

Источник