Квантовые коммуникации сами по себе странное явление. Но в разнообразии квантов есть один самый странный вид — контрфактическая коммуникация (counterfactual communication). Это вид связи, который вообще не предполагает передачу частиц между отправителем и получателем. Этот вид отличается от обычной квантовой телепортации, потому что в телепортации используются спутанные частицы. Обычно частицы нужно физически совместить и спутать заранее, прежде чем телепортировать информацию между ними на любое расстояние, то есть передача частиц происходит так или иначе. Как вариант, частицы можно спутать на расстоянии, но при посредничестве третьей частицы, которая всё-таки должна физически проделать этот путь. В контрфактических соединениях такого условия нет (только нужно помнить, что фотон здесь можно описать волновой функцией и не считать частицей).
Теоретическую основу для контрфактической квантовой связи физики сформулировали в 2013 году. Согласно описанию протокола, передача информации между Алисой и Бобом осуществляется в пустом пространстве без движения физических частиц за счёт измерений без взаимодействия и цепочки квантовых эффектов Зенона.
Описание протокола было теоретической работой, но сейчас учёные впервые на практике установили прямое контрфактическое соединение и действительно передали информацию — чёрно-белое изображение из пункта А в пункт Б. Носителем информации является фаза света, а фотон описывается волновой функцией.
Ключевым элементом контрфактической коммуникации являются измерения без взаимодействия — такой тип измерений в квантовой механике, когда состояние объекта регистрируется без взаимодействия объекта с измерительным устройством (в интерферометре).
Первое экспериментальное подтверждение измерений без взаимодействия получено в 1981 году, хотя точность передачи информации тогда не превышала 50%. С помощью эффекта Зенона в 1989 году точность повысили до 100%. Квантовый эффект Зенона заключается в том, что время распада метастабильного квантового состояния некоторой системы с дискретным энергетическим спектром прямо зависит от частоты событий измерения её состояния. Таким образом, в предельном случае в условиях частого наблюдения нестабильная частица никогда не может распасться. Эффект впервые предсказал в 1954 году математик Алан Тьюринг.
Квантовый эффект Зенона
Схему измерений без взаимодействия уже проверили для квантовых вычислений и квантовой криптографии. Её также можно использовать для создания связанности между дистанционно разделёнными атомами, пишут авторы научной работы.
Несмотря на прогресс в изучении эффектов квантовой механики, до сих пор учёным не удавалось установить прямое контрфактическое соединение и передать информацию без передачи физических частиц. Хотя бы на одном этапе в цепочке канала коммуникации но использовались частицы. Настоящий прорыв совершила группа учёных под руководством Х.Салиха из Национального центра математики и физики Саудовской Аравии, которая решила-таки этот ребус и в 2013 году представила схему прямого контрфактического соединения вообще без передачи частиц.
Открытие породило волну горячих споров в научном сообществе. Чего до сих пор не существовало, так это реального практического эксперимента, который бы подтвердил теорию физиков из Саудовской Аравии. И китайские коллеги провели такой эксперимент.Они успешно реализовали схему Салиха, используя квантовый эффект Зенона и однофотонный источник.
На иллюстрации внизу показана схематическая диаграмма прямой контрфактической квантовой коммуникации, в которой нестабильная система постоянно подвергается измерениям, чтобы проявился квантовый эффект Зенона. На рисунке А — схематическая диаграмма схемы Салиха. На рисунке B демонстрируется, что при изъятии зеркала третий из возможных маршрутов исчезает. На рисунке С показана схема реальной экспериментальной установки, спроектированной по упрощённой схеме Салиха, с использованием интерферометров Майкельсона.
Макет экспериментальной установки показывает схему более наглядно.
Суть в том, что фотон движется сквозь детекторы, и каждый из них может среагировать на него, а может и не среагировать (0 или 1). Таким образом, информация закодирована в фазе света, а интенсивность света не имеет значения.
Научная работа опубликована 9 мая 2017 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (doi:10.1073/pnas.1614560114).
Комментарии (130)
Conung_ViC
15.05.2017 20:56-2Еще чуть чуть и отправляем телеграмму зеленым человечкам со скоростью, большей скорости света?
Alex_ME
15.05.2017 21:15Я что-то упустил, или при помощи квантовой запутанности (пусть обычной, где надо передать частицы), информацию нельзя передавать, а был подтвержден только факт взаимодействия частиц? Ведь передача информации быстрее c невозможна (по крайней мере, так мы считаем). Или какая "скорость" квантовой запутанности?
BlackMokona
15.05.2017 21:16+3Для передачи с помощью квантовой запутоности информации нужен классический канал связи.
gearbox
15.05.2017 21:36+1нельзя передать информацию при помощи квантовой запутанности, по крайней мере пока неизвестно как. В статье очевидно связь используется не в смысле передачи информации а в смысле существования связи (квантовой) — связанность.
PaulAtreides
15.05.2017 22:21+1Квантовая запутанность — это нечто вроде «одноразового блокнота» в криптографии. Вы делаете два одинаковых листочка с символами и даёте их Алисе и Бобу. На каком бы расстоянии друг от друга Алиса и Боб не находились, если они начнут одновременно считывать по одному символу в секунду, то каждый из них без передачи информации будет знать, какой сейчас символ у второго участника.
Так же и запутанные частицы — изменения их спинов синхронизированы во времени, но никакой информации между ними не передаётся.
vanxant
16.05.2017 00:03+2Не не совсем так. Листочки заранее пустые, в том и мозговзрывательность.
Тут скорее можно сравнить с парой дешёвых носков. С завода оба носка в паре приходят абсолютно одинаковыми, но когда вы натягиваете один носок на левую ногу, второй автоматически становится правым) Причём моментально, независимо от расстояния между вашими ногами. Но передать носок к правой ноге вы должны классическим образом, т.е. медленнее скорости света.menotal
16.05.2017 11:34Как раз не носки, а пары перчаток, но упакованные в непрозрачные мешочки.
С завода мешочки идут парой, перетянутые резинкой. Вы один мешочек отдаете Бобу, второй — Алисе. И когда Алиса вскрывает мешок, и обнаруживает правую перчатку — она гарантированно знает, что у Боба — левая.vanxant
16.05.2017 11:36+1Неа, это вы теорию скрытых параметров излагаете. Но она опровергнута неравенствами Белла.
menotal
16.05.2017 11:48Упс, ваша правда. Забыл, хотя читал https://geektimes.ru/post/225583/
Очень уж классическая логика в моих мозгах сопротивляется
Ckpyt
16.05.2017 13:51Это почему это? Аргументируйте.
Неравенства Белла почему-то предполагают, что используется одна вероятностная функция для всех трех осей.
А они-то все разные! Если использовать три разные функции, то мы как раз и получим соответствие неравенств и экспериментов.
(Для сравнения: у вас есть три монетки, вы кидаете две из них и почему-то предполагаете, что вероятность выпадения орла и решки на третьей зависит от первых двух монеток).menotal
17.05.2017 09:56Вот эту статью читали?
https://geektimes.ru/post/225583
возможно там есть какое-то объяснениеCkpyt
17.05.2017 11:28Читал и даже ответил… там в самом низу болтается. Воскресил некропост :-)
Коротко и на пальцах: Белл почему-то предполагает, что у него одна вероятностная функция на три оси. Т.е. есть какая-то предопределенная комбинация. Но хохма в том, что если даже эта комбинация и есть, то неизвестно какая она именно.
Ну, грубо говоря, есть два броска монетки — 0 и 1. На третий раз, вероятность выпадения как 1 так и 0 — 50%.
А теперь рассмотрим приведенную в статье логику. На комбинации 011 вероятность 1 — 55%.
На комбинации 010 вероятность 0 — 55%. В сумме вероятности выпадения 0 и 1 = 110%.
Понятно в чем ашипка?
Ckpyt
19.05.2017 13:10-1Сделал небольшой расчёт с теорией скрытых параметров:
https://habrahabr.ru/post/329064/
rednikze
16.05.2017 02:26Означает ли это что у нас получилась сверхсветовая сигнализация? Ведь сам факт изменений уже может являться условным сигналом.
arheops
16.05.2017 02:32+1Да, но соль в том, что вы не узнаете сохранена ли в данный момент запутанность. Вот в чем загвоздка.
vanxant
16.05.2017 05:23+1Нет. Боб никак не может определить, произвела Алиса измерения или нет.
Сверхсветовая сигнализация теоретически возможна, если работают слабые (обратимые) измерения.
Для этого Алисе и Бобу нужно перед началом беседы синхронизировать часы и по классическому каналу передать запутанные частицы, т.е. формально СТО не нарушается.
Дальше у Боба должно быть расписание измерений для каждой запутанной частицы, а Алиса должна, проводя и откатывая слабые измерения, добиться, чтобы её частицы к нужному моменту были готовы сколлапсировать в нужную сторону.opaopa
16.05.2017 16:49Ок. Пусть Алиса каждую секунду одевает 10 носков на нужную ногу. Означает ли это, что Боб, рассматривая свои, заранее доставленные носки, с вероятностью «90%» узнает, что делала с носками (передавала) Алиса?
В смысле можно ли разрушить запутанность в нужную сторону?vanxant
16.05.2017 20:07В теории слабых квантовых измерений предполагается, что Алиса не надевает носки, а только примеривается. И если что-то пошло не так, имеет возможность отменить надевание, не коллапсируя волновую функцию. Таким образом, делая до 10 попыток, она с вероятностью 1023/1024 может выбрать нужное ей состояние. Этого более чем достаточно, чтобы дальше работала обычная цифровая коррекция ошибок.
Сейчас, насколько я понимаю, вопрос в том, возможны ли слабые измерения только над одной частицей из двух запутанных, или всё-таки Алисе для таких трюков нужны обе.
NeoCode
15.05.2017 22:26+1Не понял, что-то все-таки между передатчиком и приемником передается?
Вообще пофиг на «сверхсветовую» передачу информации, непременно умиминаемую в комментариях к подобным статьям и уже упомянутую в первых комментариях здесь; а вот обычная передача со скоростью света — но без каналов связи и полностью скрытная, неотслеживаемая и неперехватываемая, была бы очень кстати.
Только вроде бы эта технология такого эффекта все равно не дает (и если честно я вообще не очень понял что она дает)
Shkaff
15.05.2017 23:19+1Передаются амплитуды вероятности:) По сути, это просто вариант измерений без взаимодействия — типа бомбового парадокса..
Dr_Who
16.05.2017 09:22В статье написано, что передача информации происходит с помощью фазы. В интерферометрии фаза — функция от расстояния. Физический смысл в том, что зная начальную фазу и набег последней можно найти расстояние.
Так что является носителем информации?Shkaff
16.05.2017 12:00Не очень понял связь с моим комментарием, но отвечу:)
Передача информации происходит с помощью фазы, потому что вы посылаете свет и измеряете свет. А то, что фазу можно пересчитать еще в миллион разных величин, это не значит, что эти величины передают информацию. Кстати, фаза это функция оптического пути, если уж на то пошло. Так что свет в любом случае первичен.Dr_Who
16.05.2017 12:30Если не поняли, немножко поясню :)
Измеряя фазу вы взаимодействуете с фотонами. У Вас фаза изменилась на 2pi — фотоны переместились на расстояние длины волны.
byme
15.05.2017 22:34Какую «магию» это позволит нам сделать в будущем?=)
Garbus
15.05.2017 23:01+1Обычные «игры» с шифрованием. Которые отлично выглядят на бумаге, но кушать пока все равно приходится ПО состоящее из дырок. Что толку от надежности шифра, если ключ может спереть любой желающий…
erty
16.05.2017 09:18Достаточно установить слежку за всеми желающими. Технически реализуемо уже не в слишком далеком будущем.
Garbus
16.05.2017 13:02Особенно неплохо станет когда слежку дополнят специально обученными программами, которые будут выявлять «подозрительных». К тому же учитывая количество добровольно таскаемых людьми гаджетов, с неизвестным набором функций, осталось уже совсем недолго до этого.
Cryvage
17.05.2017 11:20осталось уже совсем недолго до этого
Есть мнение, что уже не осталось, и «подозрительных» уже сейчас вычисляют. Со временем будет лишь расти количество отслеживаемых паттернов и точность классификации.
diakin
16.05.2017 09:18+1«Если через час не вернусь — считайте меня коммунистом»
Происходит ли передача информации в этом случае? И с какой скоростью?
))Akon32
16.05.2017 11:48Со скоростью звука, если эта фраза произнесена, или со скоростью бумажки, если написана. А если
будущий коммунисткорреспондент где-то далеко, то, возможно, и со скоростью света.
Alexey2005
16.05.2017 10:42+2В контрфактических соединениях такого условия нет (только нужно помнить, что фотон здесь можно описать волновой функцией и не считать частицей).
Ну если все фотоны не считать частицами, тогда и оптоволоконная связь получается происходит на расстоянии и без посредников.dimm_ddr
16.05.2017 17:25Если я правильно понял, что вряд ли, то здесь имеется ввиду то, что параметры фотона как частицы не важны, а важны только его волновые свойства.
ACPrikh
16.05.2017 12:19-1Саудиты всех обогнали, а китайцы затвердили полученный эксперимент.
Беркли, ЦЕРН и ИАЭ тупят в сторонке.
Shkaff
16.05.2017 13:09+3Я вот тут простую аналогию для понимания сделал. Представьте, что у вас есть интерферометр с подвижной поглощающей стенкой в одном плече:
Интерферометр настроен так, что когда стенки нет, деструктивная интерфенция дает ноль фотонов на выходном порту. Теперь мы посылаем на вход один фотон. Если стенки нет, то волновая функция фотона интерферирует сама с собой и на выходе мы получаем ноль фотонов. Если поставим стенку, то интерференции не произойдет, и в половине случаев на выходе мы получим один фотон (в другой половине случаев он поглотится). Таким образом, если мы получили на выходе один фотон, то мы узнали, что в одном плече находится поглощающая стенка, не взаимодействуя с ней!
Примерно так, чуть сложнее, устроен эксперимент из поста.niknamezanat
16.05.2017 16:28По вашему рисунку: сколько времени занимает путь фотона от входного порта до выходного, если пренебречь расстоянием от них до полупрозрачного зеркала, в обоих случаях?
Shkaff
16.05.2017 16:34Ну, длина плеч в метр, например. Типа наносекунд, значит. А почему это имеет значение?
niknamezanat
16.05.2017 17:39Я не пытаюсь поставить под сомнение ваш вариант объяснения, просто пытаюсь разобраться в траектории фотона-функции в каждом из возможных случаев. Не могу понять по какой траектории на выходе фотон получается.
Shkaff
16.05.2017 17:47А, на делителе луча фотон с равной вероятностью идет в верхнее плечо или в правое. Если стоит стенка, то фотон (или амплитуда вероятности), которая идет в верхнее плечо — поглощается, в таком случае ничего на выходе нет. Если идет в правое плечо — то на делителе луча нет интерференции и он с равной вероятностью идет вниз или влево.
Если стенка не стоит, то фотон идет в оба плеча и потом интерферирует сам с собой на пути обратно.niknamezanat
16.05.2017 21:17Спасибо. Правда возник вопрос, чем тогда предлагаемый опыт отличается от знаменитого двухщелевого эксперимента, если бы там одну из щелей перекрывали такой же стенкой, а о результате судили по отсутствию интерференции на экране?
Shkaff
16.05.2017 23:15+1По сути, то же самое, только чуть более приближено к экспериментальной реальности.
vanxant
16.05.2017 20:19+2Нет никакой определённой траектории. Ещё в школьном учебнике про оптику учат, что свет движется по всем возможным траекториям одновременно. И потом за счёт этого объясняют как работают линзы и т.п. За счёт того, что длина разных траекторий разная, соответственно, сигнал приходит с разной задержкой (фазой), мы можем наблюдать картину интерференции единственного фотона самого с собой (да что там фотона, атом золота допустим точно так же движется). Ну и прочие там диски Эйри и т.д.
Чуть больше матана: для расчёта единственного фотона нам нужно брать интеграл по всем возможным траекториям, по всей Вселенной). Ну вся Вселенная это слишком, там вероятности очень близко к нулевым, но всю «ближайшую окрестность» обсчитывать приходится.
Соответственно, меняя эту ближайшую окрестность, даже если она не лежит на кратчайшем пути, мы можем менять интерференционную картину. В статье пошли ещё дальше, там ставят не стенку, как на картинке у уважаемого Shkaff, а датчик, который вроде ничего не меняет. Но — измеряет!niknamezanat
16.05.2017 21:41Естественно, что я спрашивал о возможных траекториях , ибо их количество ограничено. Не так ли? Ну или другими словами, может ли фотон от источника, окруженного непрозрачной сферой, оказаться за пределами этой сферы, и стоит ли учитывать такую вероятность и называть её траекторией, по сравнению с вероятностью нахождения фотона на нормали к щели, проделанной в этой сфере?
vanxant
16.05.2017 22:44+1Внезапно, с непрозрачной сферой фотон взаимодействует — поглощается или отражается. Однако сумма коэффициентов поглощения и отражения может быть сколько угодно близкой к 1, но не равна ей. Т.е. теоретически такую вероятность нужно учитывать (просто на практике для достаточно толстой сферы это лишено практического смысла).
ACPrikh
17.05.2017 09:10Интегрировать мы можем, в каком-то смысле, мгновенно по всей анализируемой области.
Однако, предположим, что плечо со стеной удалено на световой год. Тогда получить изменение картины интерференции можно через два года после задвигания стены. Разве нет? Или мы возродили теорию дальнодействия лишь бы объяснить контрафакт?
urdnot
16.05.2017 16:49В который раз читаю объяснение очередной «прорывной» технологии или опыта и нахожусь в замешательстве. Если мы получили один фотон это значит что другой уперся в стенку — круто! Объясните пожалуйста на пальцах в чем ценность данного эксперименты.
Shkaff
16.05.2017 16:57+2Не совсем так — речь идет об одном и том же фотоне. Мы получили фотон на выходе и, не взаимодействуя со стенкой, узнали, что она там есть. В чем ценность — это можно использовать для квантовой криптографии или вычислений. А уж в чем ценность этого — вопрос спорный.
Мне лично любопытно проявление забавных квантовых свойств, не все обязано быть полезным, большая часть науки не особо полезна в утилитарном смысле.
wych-elm
17.05.2017 22:01-1Насколько я понял из статьи и комментариев, ученые научились «передавать» квантовые состояния быстрее света. То есть, если раньше для квантовой криптографии надо было физически передать запутанные частицы (на досветовой скорости), то теперь никаких частиц физически передавать не надо. То есть мы как бы «передаем» некое состояние фактически мгновенно, как лазерную точку по поверхности Луны — быстрее света, и поэтому принципы ОТО и СТО не нарушаются и информация не передается быстрее света.
hungry_ewok
А если простым языком — это уже ансибль или все-таки нет?
BlackMokona
Нет, это не сверхсветовая связь.
mecotrade
Хм… ОТО и СТО (вопреки всеобщему убеждению) не накладывают никаких ограничений на скорость передачи информации, хотя бы потому, что не оперируют понятием информация. Они лишь утверждают, что материальные тела, к каковым относятся, в частности, фотоны, не могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Ограничение на скорость распространения информации — это всего лишь следствие того, что до сего момента информация передавалась строго путём обмена частицами (в том или ином виде). Однако, если предложенная схема действительно не предполагает обмена частицами, то и ограничение на скорость автоматически из СТО и ОТО не следует. Т.е., возможно, такое ограничение и имеет место, но оно не очевидно и требует изучения.
BlackMokona
Внимательно подумайте, система нуждается, в том, чтобы частицы теоретически могли придти к Бобу, иначе система не работает.
AllexIn
Какие еще частицы?
BlackMokona
Фотоны, которые могут теоретически придти к Бобу.
darthmaul
Т.е сверхсветовая связь на гравитационном взаимодействии имеет право на существование? У гравитации вроде как нет частицы — носителя.
vanxant
Нет, не имеет. Иначе физики не смогли бы зарегистрировать гравитационные волны (а они их зарегистрировали двумя удалёнными друг от друга приборами с задержкой.).
Sdima1357
«Mecotrade»
СТО явно запрещает передачу информации быстрее скорости света. Смотрите относительность одновременности событий в системах отсчета разделённых пространственным интервалом.
porn
Дело в том, что при сверхсветовой передаче информации нарушается причинно-следственная связь.
QWhisper
А можете пояснить, если мы от Земли до Марса долетим не за 20 минут, а скажем за 5, то какие причинно-следственные связи нарушаются? Если там случилось ЧП в 9.00 узнали о нем в 9.20, а в 9.25 прибыл корабль. То какое тут нарушение? То есть если время путешествия отрицательное или нулевое, то тут понятно, а если конечное и положительное то я не понимаю принципа.
SHOL
Для того чтобы долететь до Марса за 5 мин не нужно сверхсветовой скорости. Приближая свою скорость к скорости света, можно сколько угодно большие расстояния пролететь за сколь угодно малое собственное время. В пределе объект, двигающийся со скоростью света, любое расстояние преодолевает мгновенно по собственному времени. А вот двигаясь со скоростью свыше скорости света собственное время должно пойти вспять. А это уже и есть нарушение причинно-следственной связи (при развороте Стрелы Времени причины и следствия поменяются местами)
QWhisper
Свет летит до Марса 20 минут, если нам надо 5 то это сверхсвет. Разве нет?
SHOL
Здесь следует обратить внимание на относительность промежутков времени. Свет летит 20 мин в системе отсчета Земли и мгновенно по собственному времени. Если что-либо будет лететь до Марса за 5 мин по земному времени (сверхсвет), то собственное время этого чего-то обязано идти вспять. Отсюда и нарушение причинно-следственной связи.
QWhisper
Я не совсем понимаю, концепцию отрицательного времени в этой ситуации.
У нас есть точка А — получили сигнал, B — Вылет корабля и С — Прибытие на Марс.
С точки зрения какого наблюдателя, будет нарушена причинно-следственная связь?
Корабль летит по времени Земли 5 минут, по времени Марса, тоже 5 минут. Внутри корабля я не представляю отрицательное время, то есть корабль в итоге прилетит пустым, так как внутри никого нет ибо они в него даже не сели, так как время отмоталось назад, или как?
Color
Вероятно корабль нормально вылетит с Земли, но потом, вместо того, чтобы прилететь на Марс, он вылетит с Земли.
SHOL
Вряд ли отрицательное время имеет физический смысл. Как и мнимая/отрицательная масса, температура ниже абсолютного нуля, отрицательное давление, отрицательное расстояние и тому подобное…
muzhig
Насчет отрицательного давления, имхо, вы неправы. Оно как раз имеет физический смысл.
SHOL
Ну хорошо. Если вы имеете ввиду эффект Казимира или давление в твердых телах, то согласен. Я когда писал, имел ввиду давление газов в рамках молекулярно-кинетической теории.
DSL88
Если на пальцах, когда вы летите в звездолете перед скоростью света, то время внутри звездолета замедляется настолько, чтобы не нарушить причинно-следственную связь этой скорости: Движение внутри звездолета будут сильно замедленны и свет также внутри звездолета будет двигаться очень медленно. Но если вы полетите выше скорости света, то свет должен будет двигаться обратно во времени внутри звездолета, что нарушает причинно-следственную связь
Shifty_Fox
Вопрос видимо подразумевал нивелирование собственного изменения потока времени. Что-то вроде магического телепорта.
noobtorio
Точно? А я почему-то всегда думал, что собственное время идёт привычным темпом. Иначе говоря, это я считаю, что ваши часы замедляются, когда вы летите относительно меня с околосветовой скоростью. Но с вашей точки зрения ваши часы идут вполне нормально, а мои — замедляются, т.к. по-вашему теперь уже я лечу с околосветовой скоростью относительно вас.
old_gamer
ИМХО еще про релятивистское сжатие длин забыли, для объекта, перемещающегося со скоростью света пространство сжимается вдоль оси перемещения до точечных размеров, и точка старта пути совпадает с точкой конца пути в его СО, а перемещение происходит мгновенно. Если предположить сверхсвет, то пространство, наверное, должно инвертироваться, но я тут не особо силен. Возможно, в его СО он вообще не сможет двигаться вперед, только назад.
noobtorio
ИМХО, но такое сокращение длины несколько абсурдно. Вот, предположим есть звезда в десяти световых годах, и я лечу к ней на околосветовой скорости. Расстояние вроде как должно сократиться. Но с какой стати? Ведь я никуда не лечу, я покоюсь в своей системе, это звезда ко мне летит с околосветовой скоростью. И поскольку 10 светолет — расстояние, которое свет от этой звезды преодолевает со своей световой скоростью за 10 лет, то и звезда до меня доберётся лишь спустя 10 с плюсом лет, никак не быстрее собственного света.
old_gamer
Многие постулаты СТО кажутся абсурдными на первый взгляд. Проблема тут в том, что относительно не только время, но и пространство. Посмотрите Лоренцево сокращение в википедии.
noobtorio
Я прекрасно знаю о лоренцевом сокращении длины. Длина движущегося объекта с точки зрения неподвижного наблюдателя сокращается по направлению движения, тут всё логично. Но собственная длина объекта в его системе остаётся неизменной.
old_gamer
Совершенно верно, но вот все, относительно чего объект движется, в его ИСО движется относительно него со скоростью света и имеет, таким образом, нулевую длину.
noobtorio
И тем не менее, что-то тут не так) С нашей точки зрения фотон летит один световой год в течение года. С точки зрения фотона — он покоится, а мы летим к нему на световой скорости целый год.
old_gamer
Его путь в нашем пространстве, длиной в 1 св. год, имеет нулевую длину в его пространстве, так что ему толком некуда лететь.
Вот, кстати, парадокс близнецов вспомнился.
Один близнец садится в ракету, и улетает на околосветовой скорости. И поэтому он стареет медленнее. Скажем, за 3 земных года прошел 1 его год. Мы видели, как он летел с околосветовой скоростью, он тоже видел, как мы летели относительно него с той же скоростью, но время для него шло медленнее, он же состарился меньше, так? А если скорость одинаковая, а время разное, то и расстояние разное.
noobtorio
Парадокс близнецов возникает из-за смены системы движущегося близнеца. Системы домоседа и удаляющегося близнеца полностью равноправны, системы домоседа и возвращающегося близнеца — тоже равноправны, а вот момент смены системы путешественника для обоих близнецов наступает неодновременно.
old_gamer
Равноправны да, но когда близнецы двигаются один относительно другого прямолинейно и равномерно но на скорости, близкой к скорости света, каждому кажется, что другой движется сильно замедленно.
noobtorio
Каждому кажется, что часы другого замедлены. Это естественно, с этим никто и не спорит.
old_gamer
Именно из этого, если скорости одинаковые (они же движутся друг относительно друга с одной скоростью), а время — разное, то и расстояние тоже разное. Каждому будет казаться, что другой сжат вдоль оси движения.
noobtorio
Именно поэтому свет для нас проходит 1 световой год за год, но с нашей точки зрения часы фотона замедляются в ноль и пространство на его пути сокращается до нуля, а для самого же фотона его часы идут привычным темпом, а наши замедляются, и с его точки зрения пространство перед нами сокращается для нас.
noobtorio
Иными совами, если представить, что мы с Вами покоимся каждый в свой системе, а системы движутся относительно друг друга со световой скоростью. То какие выводы мы сделаем? Вы будете считать, что покоитесь, а я движусь относительно Вас со световой скоростью, мои часы стоят, и любой путь я преодолеваю мгновенно. Но это никоим образом не позволит мне в действительности преодолевать расстояния мгновенно. Потому как с моей точки зрения покоюсь я, Вы движетесь относительно меня со скоростью света, Ваши часы стоят, и мне кажется, что Вы преодолеваете любой путь мгновенно.
old_gamer
Я просто скопирую из Википедии:
Пусть стержень покоится в инерциальной системе отсчёта K и расстояние между концами стержня, измеренное в К («собственная» длина стержня), равно l. Пусть далее стержень движется вдоль своей длины со скоростью v относительно некой другой (инерциальной) системы отсчёта K'. В таком случае расстояние l' между концами стержня, измеренное в системе отсчета K', составит
l? = SQRT(1?(v/c)^2) * l, где c — скорость света.
При этом, расстояния поперёк движения одинаковы в обеих системах отсчета K и K'.
Из формулы следует, что если v=c, то l' = 0.
noobtorio
Лоренцево сокращение длины — кажущийся эффект, заключающийся в проецировании одной системы на другую. Все длины в системах, относительно которых я движусь будут сокращаться (по направлению движения). Это логично. Но мой путь не является расстоянием в системе, относительно которой я движусь.
CaptainFlint
Вы пытаетесь применить математический аппарат к той области, в которой он неприменим. Рассматривайте не световую скорость, а любую сколь угодно близкую к ней, рассчитывайте, что получается, а уже потом выполняйте предельный переход к световой скорости.
Касательно точки зрения фотона: раз для него не существует времени, то для него вся история Вселенной сжата в одно мгновение, а всё пространство — в плоский блин, не имеющий толщины. Понятие скорости и вообще движения в таком представлении попросту теряет смысл как для самого фотона, так и для любой внешней по отношению к нему системы. Скорость — это расстояние делённое на время. Но ни расстояния, ни времени у вас нет, получаете ноль делить на ноль. Эта операция в математике бессмысленна и может дать любой ответ.
old_gamer
Вы правы, но другого способа показать релятивистское сокращение расстояния я не нашел.
CaptainFlint
Я обращался к noobtorio (родительский комментарий можно определить по точечкам сбоку при наведении мышки или по стрелке вверх).
Ваш комментарий, собственно, говорит примерно о том же, о чём и мой, просто акценты расставлены по-разному. :-)
noobtorio
На каком основании вы решили, что собственное время должно замедляться? Оно замедляется только с точки зрения неподвижного наблюдателя.
CaptainFlint
Согласен, некорректно сформулировал мысль, но сути это не меняет. С точки зрения фотона во всей Вселенной нет ни времени, ни расстояний, поэтому говорить о скорости чего-либо становится бессмысленно.
noobtorio
С точки зрения фотона часы вселенной стоят, но его собственные идут, проекция расстояний вселенной сокращена до нуля, но его путь в его пространстве=времени не сокращается.
CaptainFlint
В каких рамках идут его собственные часы? Вся Вселенная сжата для него в одно временно?е мгновение. Если она закрытая, то всё время её существования от рождения до смерти (а следовательно, и самого фотона как части этой Вселенной) — ноль. Если она открытая, то это опять получается попытка помножить ноль на бесконечность с неопределённым результатом.
noobtorio
Да необязательно рассматривать именно фотон :) Поймите, что сокращение длины мы устанавливаем с помощью измерений, сравнивая показания синхронизированных часов. Скорость движения одной системы относительно другой является фактором поворота пространства-времени этой системы относительно пространства-времени другой. Гиперболический тангенс угла этого поворота определяется как отношение квадрата скорости к квадрату скорости света. Каждое измерение — процесс проецирования одной системы на другую. Именно поэтому и наблюдаются все релятивистские эффекты — это проекции. И даже в предельном случае с фотоном, если на его «борту» поставить часы, а так же синхронизированные часы во вселенной, то после измерений и сравнений результатов, фотон придёт к выводу, что это расстояние для вселенной сокращено до нуля, однако его собственный путь с его точки зрения будет вполне ощутимый, и его прохождение займёт определённое время.
old_gamer
Мюоны и Итан с вами не согласны!
https://geektimes.ru/post/280434/
noobtorio
А вы найдите способ спросить мюон, как долго он летел :) Вы о его времени судите по своим часам в своей системе. Кто такой Итон, я не знаю.
old_gamer
Простите, опечатался. Но мюон-таки пролетает 100 км, хотя живет 2,2 микросекунды. Получается, что если расстояние и для него 100 км, он сильно превышает скорость света. На порядок, примерно.
noobtorio
Мы считаем, что его время замедляется и расстояние до земли сокращается, мы делаем такой вывод.
old_gamer
Давайте исходить из вашей логики.
Вы считаете, что мюон реально проходит 100 км в атмосфере.
Время жизни мюона 2,2 мкс.
=> скорость мюона = 45,5 млн. км в секунду.
да, с 1 порядком я погорячился, каюсь.
noobtorio
Дистанция, которую проходит мюон, с точки зрения мюона не находится в системе, относительно которой он движется.
old_gamer
так какую дистанцию мюон реально проходит, в своей системе отсчета? 600 метров или 100 км?
noobtorio
Используйте понятие интервала в качестве дистанции в пространстве-времени.
old_gamer
Не уверен, что понял, что вы имеете в виду.
noobtorio
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B0%D0%BB_(%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8)
old_gamer
Даже после этой ссылки не могу сказать, что понял, к чему вы это сказали, извините.
noobtorio
Прошу прощения, ссылка кривая получилается :) Забейте в википедии «Интервал (теория относительности)»
old_gamer
Да, я понял, что за ссылку вы выложили, просто интервал пространства-времени как раз подразумевает, что для разных СО пространство разное. Длина различна.
noobtorio
Цитирую: «Напрямую из принципа относительности, однородности и изотропности пространства, а также однородности времени следует, что при переходе от одной ИСО (инерциальной системы отсчёта) к другой ИСО интервал остается неизменным.» Длина может и различна, но интервал одинаковый.
old_gamer
Верно. Интервал не равен длине. Длина меняется, интервал — нет.
noobtorio
Длина — проекция интервала, если так хотите. Если она и меняется, то путь в пространстве-времени (интервал) остаётся неизменным.
old_gamer
Кстати, в интервале же кроется и решение всего этого спора, интервал пространства-времени для всего, что движется со скоростью света = 0, просто по формуле.
noobtorio
Верно, светоподобный интервал с точки зрения любой системы всегда остаётся светоподобным.
old_gamer
тогда о чем мы с Вами в принципе спорим? Любой объект, движущийся со скоростью света, не имеет пути в своей СО. Ни пути, ни времени, ничего.
noobtorio
Светоподобный интервал — это когда 1 световой год преодолевается со скоростью света за один год, он равен нулю, 100 светолет за 100 лет на скорости света — тоже интервал, равный нулю. Мы с Вами не об этом спорим.
old_gamer
Тогда я снова не понимаю, зачем вы упомянули интервал.
noobtorio
Почему-то подумал, что так будет понятнее :)
herr_kaizer
При сверхсветовом передвижении вы прилетите на Марс не за 5 минут, за -x минут. Получится, что вы прилетели раньше, чем вылетели.
mecotrade
А я бы переформулировал вопрос чуть иначе: на Марсе случилось ЧП в 9.00, узнали мы о нём на Земле в 9.05 (вот она, передача информации со сверхсветовой скоростью), а в 9.25 прибыл корабль (который соблюдал все приличия и двигался не быстрее света). Что в таком случае пойдёт не так?
SHOL
В таком случае «пойдет не так» время в системе отсчета сверхсветового пакета.
mecotrade
Если мы привязываем информацию к материальному носителю, тогда, конечно, у сверхсветового пакет будут проблемы. Но суть всей этой истории в том, что пакета никакого нет. Т.е. нет ни одной сущности, про которую можно было бы сказать — вот это и есть носитель информации. Иными словами, передача информации есть, обмена частицами/волнами нет.
SHOL
Ну, насколько я понял, в этой истории все равно не возможна передача информации быстрее скорости света. Ведь эта передача основана на ожидании.
Бытовой пример:
Утром собираюсь на работу. Супруга мне говорит, что должна приехать теща и, возможно, мне ее придется встретить в обеденный перерыв. При этом договариваемся, что если она мне до 12-00 не позвонит, то значит теща уже добралась сама и ехать никуда не надо. Звонка не было и формально ровно в 12-00 я получил информацию о приезде тещи не получая никаких носителей информации.
Arqwer
Кажется даже тут быстрее скорости света не получается: есть шанс, что ваша супруга всё же позвонит вам в 12:00 минус время полёта света до вас пополам, и тогда вы узнаете о том, что она вам позвонила только в 12:00 плюс время полёта света до вас пополам.
Поэтому полностью уверенными, что супруга вам не звонила вы станете лишь в 12:00 + время полёта света.
Akon32
Но на получение информации вы затратили полдня. Начали получать утром, получили — в 12:00. Быстрее света не выйдет, если только вы не двигаетесь на работу быстрее света.
inbox101
В том, что если эту информацию тут же отправить обратно на Марс таким же способом, она прийдет на марс ранее 9:00 по их времени, т.е. ранее того как ее отправили вам. Ну а корабль все еще будет лететь к земле :)
wych-elm
Вы смотрите на нарушение причинно-следственной связи на макро-уровне (я бы даже сказал, «на бытовом уровне»). А проблема здесь фундаментальная. Причинно-следственная связь нарушается на всех уровнях и прежде всего на квантовом. Это значит, что все взаимодействия перестают работать, ведь тогда получается что, например, электрон может вылететь из атома до того как с атомом провзаимодействует фотон, при чем в абсолютно любой промежуток времени перед взаимодействием.
VioletGiraffe
ИМХО теория относительности ограничивает, в первую очередь, скорость распространения причинно-следственных связей, независимо от способа их передачи.