Проект Краткая Энциклопедия Физика (Вопросы и ответы)

4. Высокие материи

• 4.1 Телепортация
• 4.2 Путешествие во времени
• 4.3 Что такое жизнь
• 4.4 Спин

4.1 Телепортация

Вопрос: Возможна ли телепортация?

Ответ: Насколько нам известно - нет. Существует термин - квантовая телепортация. Он не имеет никакого отношения к "традиционной" телепортации экстрасенсов и фантастов.

Согласно квантовой механике, невозможно точно предсказать положение частицы в пространстве, можно лишь говорить о вероятности нахождения частицы в определенной точке. Аналогично, если у нас есть два фотона, пролетевшие через кристалл и получившие противоположные поляризации, мы не знаем какая поляризация у какого фотона. Но после измерения поляризации одного из фотонов мы сразу же (мгновенно) узнаем поляризацию второго. Причем над вторым фотонов никаких измерений не производится, и он может находиться на сколь угодно большом расстоянии от первого. Этот эффект обсуждался Эйнштейном, Подольским и Розеном в 1935 г. Экспериментально квантовую телепортацию удалось осуществить в конце прошлого года.

Источники: "В мире науки" 1992, N11-12, стр.130-139, "Успехи физических наук" 1998, N1, стр.84, "Успехи физических наук" 1998, N2, стр.204.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

4.2 Путешествие во времени

Вопрос: Противоречат ли законам физики путешествия во времени в обоих направлениях?

Ответ: Возможность путешествия в будущее открыл и обосновал Эйнштейн в рамках специальной теории относительности. Путешествие в будущее, как известно, можно совершить на релятивистской ракете. Релятивистские -мезоны в наших ускорителях совершают путешествие в будущее, в тысячи раз переживая своих покоящихся братьев. Но полноценные путешествия во времени требуют возможности возвращения назад, что равносильно путешествиям в прошлое.

До недавнего времени путешествия в прошлое считались категорически невозможными с физической точки зрения. Однако, несколько лет назад И.Новиков (СССР) и Кип Торн (США) показали, что в рамках общей теории относительности при нетривиальной топологии пространства (т.е. если возможны "ручки" в гиперпространстве, соединяющие две удаленные области обычного пространства), в принципе возможно построение машины времени. Такая машина позволяет путешествовать как в будущее, так и в прошлое. Правда, характерный масштаб такого устройства - галактика (по массе).

С тех пор опубликовано множество статей по теории машины времени (анализировалась возможность ее осуществления как с позиций общей теории относительности, так и позиций квантовой физики).

Полного понимания проблемы нет и сегодня... Однако ответ на вопрос мне кажется положительным в том смысле, что "сегодня не противоречат".

Подробнее в статье В.П.Фролова "Черные дыры, "кротовые норы" и машина времени" (журнал "Природа", N 8, 1991, стр.10-16).

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

4.3 Что такое жизнь

Вопрос: Что такое жизнь с точки зрения физики?

Ответ: В пятитомной физической энциклопедии статья на эту тему отсутствует. Хотя сплошь и рядом встречаются фразы вроде время жизни. Если приглядеться к этим фразам поближе, то можно заметить, что они имеют отношение к атомам, атомарным переходам, смесям и нестабильным системам. Существует понятие время жизни вселенной . Следовательно, с моей точки зрения, жизнь - это некое состояние, до и после которого структура, которую мы исследуем, отсутствует.

(c) Балдин Е.М. E.M.Baldin@inp.nsk.su

Вариант ответа: Жизнь - это процесс самоорганизации, протекающий в диссипативной системе, далекой от равновесия (Нобелевский лауреат И.Пригожин)

(c) Е.В. Кремянская

4.4 Спин

Вопрос: Что такое спин в физике?

Ответ: Понятие спина целиком и полностью относится к квантовой механике . Основы квантовой механики были заложены в начале XX века.

Рассмотрим сложную частицу (скажем, атомное ядро), покоящуюся как целое и находящуюся в определенном внутреннем состоянии. Помимо определенной внутренней энергии она обладает также и определенным по своей величине моментом (L у нас целое или полуцелое число, так как в случае квантовой механики энергия и момент импульса изменяются скачками - квантами), связанным с движением частиц внутри нее (в классической механике момент характеризует вращение тела); этот момент может еще иметь 2L+1 различных ориентаций пространстве (проекция момента на ось z должна меняться квантовым образом от -L до L - отсюда и 2L+1 возможных комбинаций ориентации частицы с моментом L в пространстве). Другими словами, при рассмотрении движения сложной частицы как целого мы должны, наряду с координатами, приписывать ей еще и одну дискретную - проекцию ее внутреннего момента на некоторое избранное направление в пространстве.

Но при указанном выше понимании смысла момента становится несущественным вопрос о его происхождении, мы приходим естественным образом к представлению о "собственном" моменте, который должен быть приписан частицы вне зависимости от того является ли она "сложной" или "элементарной" (неделимой).

Таким образом, в квантовой механике элементарной частице следует приписать некоторый "собственный" момент, не связанный с ее движением в пространстве. Это свойство элементарных частиц является специфически квантовым (исчезающим при переходе к классической механике) и поэтому принципиально не допускает классической интерпретации. В частности было бы совершенно бессмысленным представлять себе "собственный" момент элементарной частицы как результат ее вращения "вокруг своей оси" (размер электрона равен 0 - совершенно непонятно как его вращать).

Собственный момент частицы называют ее СПИНОМ, в отличии от момента, связанного с движением частицы в пространстве, о котором говорят как об орбитальном моменте.

Физическая идея о наличии у электрона собственного внутреннего момента была высказана Уленбеком и Гаудсмитом (G. Uhlenbeck, S. Gaudsmit, 1925). В квантовую механику спин был введен Паули (W. Pauli, 1927).

На естественный для физика вопрос: А можно ли жить без спина? - ответа нет, так как отсутствие спина требует кардинальной переделки всей квантовой механики, которая подтверждается множеством экспериментов. На сегодня существование спина у элементарных частиц сомнению не подвергается.

Рекомендуемая литература: Феймановские Лекции по Физике, 8-9 том, квантовая механика

(c) Балдин Е.М. E.M.Baldin@inp.nsk.su