Физики-космологи БФУ им. И. Канта: о космической арифметике
«Российская газета» представляет интервью с физиками БФУ им. И. Канта – доктором физ-мат. наук, профессором, директором института физико-математических наук и информационных технологий
Артемом Юровым и PHD Валерианом Юровым. Ученые всего мира, в том числе и нашей страны, бьются над созданием квантовых компьютеров. Эти устройства смогут мгновенно решать задачи, на которые у самых мощных обычных компьютеров ушли бы годы. Они изменят мир так же кардинально, как приручение первых животных, изобретение колеса или появление теории относительности Эйнштейна.
Технологии такой мощности сами по себе наводят на мысли о фантастических романах. Но еще более фантастичен тот факт, что помочь ученым сконструировать первые квантовые вычислители способны… черные дыры. Возможно даже, что именно черные дыры являются самыми мощными на свете компьютерами, уже созданными природой.
О науке, опередившей фантастику, рассказывают представители двух поколений ученых - профессор Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, директор Института физико-математических наук и информационных технологий доктор физико-математических наук
Артем Юров и доцент этого же института кандидат физико-математических наук, PhD по математике университета штата Миссури
Валериан Юров. Недавно в авторитетном научном журнале Physics Letters вышла их статья, благодаря которой научное сообщество еще на один шаг приблизилось к разгадке тайн черных дыр.
Как черные дыры, расположенные где-то далеко во Вселенной, связаны с квантовыми компьютерами, которые мы хотим сконструировать на Земле?
Валериан Юров: Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в природе черных дыр. Первым концепцию озвучил еще в конце XVII века великий математик и физик Готфрид Вильгельм Лейбниц. Он предположил: существуют во Вселенной настолько тяжелые объекты, что даже скорости света не хватает, чтобы вырваться из их гравитационных "объятий". А значит, такие объекты должны быть невидимыми, поскольку свет на них падает и навсегда поглощается. Правда, называл он их черными звездами.
Артем Юров: Затем, в начале XX века, как мы все знаем, Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности и показал, как работает гравитация. Попробую объяснить на наглядном примере. Представьте себе натянутую простыню, которую прогнула гирька, положенная в центр. Теперь бросим в это углубление шарик от пинг-понга. Он скатится вниз, и будет казаться, что гирька притягивает шарик. Но это только имитация - на самом деле гирька искривляет простыню. И все тела искривляют вокруг себя пространство - так, что окружающие их предметы начинают двигаться не по прямым, а по искривленным линиям. Это и есть гравитация.
Я не совсем понимаю, при чем здесь черные дыры.
Артем Юров: А вы представьте, что гирька будет очень тяжелой, а простыня - эластичной. Что гирька растягивает простыню бесконечно вниз. Из этой ямы, попав туда, не выберется ни шарик от пинг-понга, ни свет, ни любой другой предмет. Именно по такому принципу, согласно уравнениям Эйнштейна, действуют черные дыры.
Валериан Юров: На вопрос, могут ли возникать такие черные дыры в реальности и как, собственно, это происходит, в 30-е годы XX века ответил молодой американский физик индийского происхождения Субраманьян Чандрасекар. Он изучал звезды, в которых заканчивается топливо для термоядерных реакций - водород и гелий. Вычисления Чандрасекара показали: если у звезды масса менее полутора солнечных, она будет сжиматься и превратится в так называемого белого карлика. Звезда, чья масса колеблется между полутора и двумя с половиной солнечными, сожмется до состояния крайне плотной и тяжелой нейтронной звезды. А вот если масса звезды превышает две с половиной солнечные, никакие силы не будут способны остановить ее сжатие, и она в определенный момент превратится в черную дыру.
Черная дыра - это идеальная шифровальная машина. Со временем ученые свыклись с мыслью, что такие странные объекты существуют в природе. Второй интеллектуальный взрыв произошел в 80-е годы. Знаменитый Стивен Хокинг вычислил, что черная дыра, если учесть квантовые эффекты, непрерывно излучает разнообразные элементарные частицы, теряя при этом массу и уменьшаясь в размерах. Но ведь это означает, что рано или поздно черная дыра должна испариться. Куда тогда денутся предметы, которые туда затягивались? Если они исчезли бесследно, не оставив после себя никакой информации, общая теория относительности Эйнштейна вступает в противоречие с квантовой механикой. Более того, рушатся основополагающие принципы квантовой механики.
Нерадостная перспектива…
Артем Юров: Это еще мягко сказано! Она повергла в ужас двух физиков - Леонарда Сасскинда и Герарда 'т Хоофта. Лет двадцать у них ушло на то, чтобы справиться с этой проблемой. Результатом стал так называемый принцип дополнительности Сасскинда.
Вот в чем он заключается. Допустим, Валериану надоело, что я все время его перебиваю. Он отправляет меня в черную дыру и видит, что я сгорел в излучении Хокинга. Он, разумеется, раскаялся, оплакал меня. Но все это происходит только в системе отчета стороннего наблюдателя, то есть Валериана.
Продолжение интервью здесь.
Партнёр:
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта