Голография Вселенной

Последовательные лазерные импульсы с промежутком 50 аттосек позволили удерживать экситон (в центре – фиолетовый) на поверхности серебра в 100 раз дольше обычного.

Никто не знает, как устроен космос, «вседержителем» которого является гравитация, удерживающая Землю на орбите вокруг Солнца, наше дневное светило в одном из рукавов Млечного Пути, к которому влекома другая галактика – Туманность Андромеды…

Прошло 100 лет с момента формулирования Эйнштейном двух важных положений, касающихся гравитации, искривляющей пространство-время в рамках ОТО (общей теории относительности), и фотоэффекта, или взаимодействия фотонов с электронами металла, из которого последние «выбиваются», что приводит к генерации электротока (так работает фотоэлемент). Но тогдашнее состояние физики и ее инструментария не сделали абстрактные математические формулы реальными эффектами и инструментами. К тому же сам отец-основатель ОТО потратил десятилетия на бесплодное «борение» с волновыми функциями квантовой физики. Кстати, творцы квантовой физики тоже не смогли объединить свое детище с эйнштейновской теорией гравитации.

Лишь в последние годы появились первые намеки на возможность великого объединения в рамках Теории всего (ToE – Theory of Everything). Ученые отбросили предлагавшееся ранее 10-мерное пространство и множественные вселенные (концепция «пены вселенных»). В начале апреля 2015 года была обнародована попытка свести 3D-космос к 2D-плоскости, постулировав принцип голографии.

Четыре электрона с разнонаправленными спинами, уловленные в особом устройстве.

Легче всего начать с перевода самого термина «голография». Буквально это означает «описание всего» (сравни: холистическая медицина, голоцен – «полный мозг», время современного человека). Все объясняющие создание голограмм подчеркивают, что это изображение «виртуального» волнового фронта, получаемого от 3D-объекта, на 2D-плоскости. Это отличается от физического фокусирования света с помощью линз при фотографировании, в результате чего получается «плоское» фото. Голографическое же изображение объекта не теряет третье измерение. Поэтому голограммы объемны, причем безо всяких поляризационных очков.

Эту особенность авторы нового подхода решили использовать для «всеобщего» объединения гравитации и квантовой физики, чего не удалось сделать, повторим, как минимум трем поколениям ученых. Новая теория поля, над которой безуспешно бился в Принстоне Эйнштейн, не знавший о двух из четырех ныне известных взаимодействиях и уж тем более не подозревавший о существовании бозона Хиггса, получила определение в виде слова «конформальная». Она включила в себя шредингеровский энтенглмент («перепутывание»), о котором автор ОТО отзывался весьма презрительно. Это «перепутывание» означает, что фотоны и субатомные частицы сохраняют связь свойств даже при удалении на расстояние, что сегодня уже доказано экспериментально.

Первая статья индийских математиков из Научного института в г. Пашан, что недалеко от Мумбая, на эту тему появилась в середине марта 2015 года в журнале Physical Review Letters. Им тут же ответили в том же журнале Дженнифер Лин из Калифорнийского технологического института в Пасадене (Лос-Анджелес) и ее японские коллеги из Токийского университета. Они написали о квантовом «перепутывании», считая его ключом к переходу от 3D-пространства к 2D-распределению энергетических плотностей. Свой подход они называют инверсией магнитно-резонансной томографии (МРТ), в которой изображение мозга строится из плоских «томов»-срезов путем их суммирования.

Поток «перепутанных» (entangled) между собой электронов. Иллюстрации Physorg

А как же быть с гравитационными волнами, имеющими пики и провалы? Авторы пишут, что квантовый энтенглмент генерирует экстраизмерения, позволяя тем самым свести в единое целое гравитацию как феномен вселенского масштаба и квантовые состояния фотонов и электронов. Их связь при фотоэффекте была описана весьма приблизительно и без физического понимания. Ведь в начале прошлого века никто не знал об экситонах, представляющих собой энтенглмент «упавшего» фотона с электроном металла.

Сегодня на эту эфемерную связь, продолжающуюся не более 100 аттосекунд (10–18 с), возлагают большие надежды не только специалисты в области оптической коммуникации, но также и разработчики новых солнечных панелей и систем искусственного фотосинтеза. Проблема, однако, в том, что экситоны до начала июня невозможно было уловить и удержать. Но похоже, что по крайней мере принципиально задача наконец-то решена сотрудниками Питтсбургского университета и Физического института в хорватском Загребе. Их исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Свою статью они начинают с того, что экситоны представляют собой квазичастицы, образующиеся при взаимодействии когерентного (лазерного света) и электронов металла. На поверхности благородного серебра свободные электроны возбуждаются лазерными импульсами продолжительностью 15 фемтосек (15 х 10–15 с). В результате этого образуются фотон-электронные пары, улавливаемые и удерживаемые в лазерном капкане, работающем с импульсами в 50 аттосек.

Использование принципиально нового подхода позволило увеличить время удержания поверхностных экситонов в 100 раз. Кто 60 лет назад мог представить себе, где будет применяться лазер!