Сигнал прерывания Великого Молчания

 

А.Б. Ильин

ilinab@list.ru

 

(Получена 25 декабря 2012; опубликована 15 января 2013)

 

Алгоритм обработки результатов наблюдений роторной B-моды реликтового излучения основанный на выявления сигнала спутанности позволит осуществить мгновенный информационный обмен.

 

 

Парадокс «Великого молчания Вселенной» формулируется как противоречие между представлениями о широком распространении разумной жизни во Вселенной и отсутствием информационного обмена внеземных цивилизаций.

Известные проекты поисков внеземного разума, проявлений и следов деятельности внеземных цивилизаций, такие как SETI, SETI@Home, METI, WikiSky, орбитальные телескопы Хаббл, Wise и другие проекты сосредоточили поиск, включающий посылку или приём сигналов, в основном в радиодиапазоне. Существуют предложения опробовать и оптический диапазон, включая лазеры, и гравитационные волны.

Однако очевидно, что попытки наладить информационный обмен на астрономических расстояниях со скоростью света являются контрпродуктивной тратой сил и средств, и поэтому находятся на периферии научной мысли.

Увы, и представления о возможности сверхсветовых перемещений являются не менее маргинальными в глазах современной физики, хотя и допускается возможность существования объектов движущихся со сколь угодно большой скоростью, но не переносящих информацию (пятно луча вращающегося источника света, фазовая скорость и др.). В то же время, очевидно, что цивилизационно осмысленный контакт имеет смысл только на сверхсветовой скорости, а в пределе, при мгновенной передаче информации.

Ранее [1,2] были предложены мысленные эксперименты, которые позволили сформулировать логические схемы объяснения возможности мгновенной передачи и приёма информации по одному квантовому каналу.

Принципиально важной в этих моделях является схема (Рис. 1) преобразования действия волнового фронта, движущегося в пространстве со скоростью v=c по вертикальной оси, на квант, движущийся по горизонтальной оси, в импульс p, регистрируемый при детектировании кванта.

 

 

При таких направлениях движения импульс p регистрируемый наблюдателем будет восприниматься как реальный импульс, вызванный мнимой массой m. Мнимость направления движения массы здесь не больше, чем мнимость переменного напряжений или тока в катушке индуктивности (*). Отказавшись от полумистического потустороннего восприятия мнимости массы, мы можем не только ввести сверхсветовую частицу [3] (в современной терминологии тахион) в рамки СТО (1) или построить скалярный, векторный (2) или спинорный (3) тахион, но и продуктивно подойти к возможности сверхсветовой передачи информации.

 

Признаки тахиона, никогда не находиться в покое и обладать бесконечной скоростью в выделенной системе отсчёта, демонстрирует квантовая система на рис. 2 взятом из [1].

 

 

Таким образом, скорее можно говорить о тахионе не как о частице, а о тахионном свойстве поверхности волнового фронта взаимодействующего со спутанными квантами.

Виртуальный тахион-частица представляет собой удобный формальный приём для квантового описания многих физических явлений и взаимодействий квантов и полей. Известно, что поля обладающие свойством спонтанного нарушения симметрии проявляют и тахионные свойства, но эффект превышения скорости света наблюдается только на небольших расстояниях и невозможно утверждать, наблюдается ли первоначальная частица или её копия, материализованная на расстоянии.

Удалив из системы виртуальный тахион, движущийся от кванта к кванту со скоростью v = ¥, и, введя третий объект (квант, поле, волновой фронт) действующий поперёк линии разлёта квантов и оказывающий действие на оба кванта одновременно, мы устанавливаем допустимые пределы влияния событий друг на друга и сохраняем принцип причинности.

В рассмотренной схеме интервал между событиями с квантами А и В пространственноподобен и может иметь любую протяжённость, а интервалы между событиями с квантами А и В и событием С (волновой фронт уже достиг обоих квантов А и В, а не приближается к ним издалека) - СА и СВ времениподобны и равны 0.

Теорема о запрете клонирования  запрещает передачу информации о спутанных событиях А и В со сверхсветовой скоростью. Однако главная цель клонирования заключается в том, чтобы осуществить клонирование точно, а не быстро. Рассуждения теоремы о запрете клонирования приходят к результату ‹ϕ|ψ› = ‹ϕ|ψ›². Следовательно, либо |ϕ› = |ψ›, либо состояния |ϕ› и |ψ› ортогональны. Таким образом, в общем случае произвольное квантовое состояние не может быть клонировано. В этом смысле теорема о запрете клонирования доказана, но тем самым разрешает клонировать именно тождественные или ортогональные состояния, которые не являются общим случаем и не являются произвольными.

В рамках рассматриваемой модели (рис. 2) можно сказать, что для передачи выбора именно таких состояний используются корреляции ЭПР характерные для запутанных квантов, а для передачи классической информации об импульсе - обычный канал связи, которым в нашем случае является одновременность действия третьего объекта. Важно оценить не только возможность мгновенной передачи информации о базисе измерения, но характер этого базиса без необходимости угадывания. В качестве информационного базиса мы можем рассмотреть отличие фона и сигнала при традиционном обмене сигналами от фона и сигнала для мгновенной передачи информации, представленное на рис. 3а и 3б.

 

 

Принципиально важно, что сигнал декогеренции спутанности имеет интенсивность ниже фона спутанности, и является по сути дела пустотами в шуме. Если для обычного сигнала, передаваемого со скоростью v=c сигнал выше шума I_s>I_f, то для сигнала спутанности v=¥ и I_s<I_f. Именно такое соотношение возникает при несанкционированном вторжении в точке С в квантовую линию связи между точками А и В или при декогерентных помехам системе кубитов при выводе решении в квантовом компьютере. Искажение информации в канале связи или отсутствие решения и является сигналом запутанности.

Из физических явлений наиболее близко к такому соотношению сигнала и фона наблюдение роторной B-моды реликтового излучения. Регистрация B-моды происходит при неизвестном уровне шума для этой компоненты реликтового излучения, что может быть эквивалентно тому, что наблюдаемая максимальная амплитуда B-моды (0,1 мкК) и является фоном спутанности, а максимальным сигналом спутанности является полное отсутствие наблюдения В-моды.

B-мода находится на пределе чувствительности приборов, определяется плотностью гравитационных волн и смешивается гравитационным линзированием с более сильной E-модой; кроме того, в целом "шум" в данных обладает необычными пространственными и временными корреляциями; их необходимо вычесть, чтобы выявить космологический сигнал; поток данных во времени имеет очень низкое отношение "сигнал-шум", в отличие от многих других видов данных; сигнал можно увидеть, лишь усреднив все данные; помимо этого у неба есть "избыточная дисперсия" по сравнению с ожидаемым шумом; результатом детектирования является набор запачканных образцов; большая часть методов, используемых для обработки более традиционных сигналов, является бесполезной [Douglas Scott dscottATastro.ubc.ca; 2005].

Столь нетривиальные условия наблюдения и обработки информации требуют и создания особого вида фона и сигнала для регистрации спутанности.

Прототипами алгоритмов выявления сигнала спутанности могут послужить результаты наблюдения нелокальных корреляций квантов порождаемых спонтанным параметрическим рассеянием [4,5,6] представленные на рис. 4,5,6.

 

 

Схема эксперимента [5] очень удобна для логического препарирования (рис. 7а и 7б) по схемам моделей [1,2]. В каждой точке расположенной на поверхности волнового фронта мы видим взаимодействие четырех участников, а именно, сигнальный a_s и референсный a_r кванты взаимодействуют на кванте, создающем асимметрию, и результатом такого взаимодействия является либо сигнал в виде кванта b, либо квант, в виде индуцированного поля В, продолжает распространяться в пространстве. Квант, создающий асимметрию, проявляется как свойство нелинейной оптической пластины или квадрупольной гравитационной волны. Каждый из участников взаимодействия равноправен, их можно поменять местами, и рассматривать, например, регистрацию реликтового излучения как внелабораторный эксперимент по регистрации гравитационных волн. Логика модели не изменится и если отдельные кванты, сигнальный и референсный, представить как моды единого кванта. Важно, что от перемены места участника не зависит корреляция между соседними точками. Корреляция сохранится и при иной природе участвующих квантов [7]. Корреляция сохраняется как на микрорасстояниях l (соударения частиц, резонансы, переход потенциального барьера), так и на макрорасстояниях L (l = 1/L) (реликтовый фон, гравитационное линзирование).

 

Поскольку для расстояний L уже существуют значения величины фона/сигнала реликтового микроволнового излучения, важно оценить пропускную способность информационного канала протяжённостью L.

При взаимодействии реликтового микроволнового фотона с «песчинкой» в космическом пространстве волновая функция становится декогерентной примерно за 10^-6 сек, т.е. ежесекундно детектор регистрирует около 10⁶ микроволновых квантов [8] уже достигших детектора и эту величину можно оценить как пропускную способность канала связи. Если для накопления статистики сигнала потребуется хотя бы и 10³ событий, то этого окажется вполне достаточно для реализации сверхсветовой телеграфии или передачи речевой информации.

В качестве материала экрана-поглотителя Z перспективно использование градиентных плёнок [4], у которых число, толщина, материал слоёв, вид, количество и ориентацию микрокристаллов и степень их проводимости оптимально настроены в резонанс с референсным волновым фронтом, но не для параметрического преобразования, а для интенсивного поглощения и внутреннего отражения микроволнового излучения. Такой композиционный метаматериал сочетающий проводник, полупроводник и изолятор позволит сформировать высокоэффективное стелс-покрытие для поглотителя Z.

Новые алгоритмы обработки спутанных сигналов позволят при регистрации роторной B-моды реликтового излучения услышать Спутанное Небо, а новые поглощающие метаматериалы позволят нам заговорить самим.

 

 

 

Литература

 

1.       Ильин А.Б. Передача и приём информации декогеренцией спутанности. Квантовая Магия, том 8, вып. 3, стр. 3114-3117, 2011

2.       Ильин А.Б. Коллапс волновой функции – «оправданная интеллектуальная жадность». Квантовая Магия, том 9, вып. 2, стр. 2113-2116, 2012

3.       Strum L. Zur Frage nach der Überlichtgeschwindigkeit in der speziellen Relativitätstheorie / L. Strum // Zs. F. Phys. – № 20. – 1923. – P. 36 – 44; (Про швидкостi бiлышi од швидкостi свiта, у спецiальнiй теорiï релятивностi // Hayковi записки. – Т. II. – 1924. – С. 81–88].

4.       Н.С. Вашурин, И.И. Попов, С.Э. Путилин, В.Т. Сидорова, С.А. Степанов, Н.И. Сушенцов. Особенности регистрации фемтосекундного фотонного эха в режиме спонтанного параметрического рассеяния.  Труды школы-семинара «Волны-2012». Секция 3. http://waveconf.ru/files/docs/2012/thesis/Section3.pdf

5.       Changliang Ren and Holger F. Hofmann. Analysis of the time-energy entanglement of down-converted photon pairs by correlated single photon interference. arXiv:1210.0289v1 [quant-ph] 1 Oct 2012

6.       Jeff S. Lundeen, Brandon Sutherland, Aabid Patel, Corey Stewart, and Charles Bamber/ Direct Measurement of the Quantum Wavefunction. arXiv:1112.3575v1 [quant-ph] 15 Dec 2011

7.       The CMS Collaboration. Observation of long-range, near-side angular correlations in pPb collisions at the LHC. arXiv:1210.5482v2 [nucl-ex] 22 Oct 2012.

8.       Blanchard Ph., Giulini D., Joos E. Decoherence: theoretical, experimental and conceptual problems. E. Joos, H. D. Zeh, C. Kiefer, D. Giulini, J. Kupsch, and I. O. Stamatescu «Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory» (Springer, Heidelberg, 2003).

 

(*) В ходе обсуждения схемы [1,2] было высказано мнение, что предлагаемая логическая схема базируется на нетрадиционном взгляде на квантовую механику и, что следовало бы выполнить надлежащий теоретический анализ любой реальной физической ситуации.

Но, что нетрадиционного в том, что теория твисторов [Тв] позволяет проецировать объекты из 4-х мерного пространства-времени Минковского (специальная теория относительности) в объекты в 4-мерном комплексном твисторном пространстве (квантовая механика) и это позволяет применять комплексный анализ к изучению вещественных уравнений.

Например, Пенроуз предлагает следующую логическую схему: оси импульсных состояний ортогональны, а переход от осей конфигурационного пространства к осям импульсного пространства осуществляется поворотом в гильбертовом пространстве; при детектировании кванта, т.е. при его переходе на классический уровень измеряемые состояния всегда должны быть ортогональны; классическим ортонормированным базисом для выбранного измерения координаты или импульса служит набор единичных векторов, которые объективно реальны и существует принципиальная возможность нелокального измерения ортогональных состояний.

Световой луч, соединяющий две точки в пространстве-времени, отображается в неподвижную точку проективного твисторного пространства, а точки в пространстве-времени отображаются в сферы Римана в проективном твисторном пространстве. Расстояние между сферами равно нулю, проблема дальнодействия в твисторном пространстве снята. Квантовая спутанность на пространстве эквивалентна твисторной связности на расслоениях. Поле спутанности гомеоморфно полю связности.

Снята и проблема причинности, ведь мы проецируем в точку не луч, который идёт вдоль, от кванта к кванту, а луч, пришедший поперёк к обоим квантам одновременно.

Такой «поперечный» взгляд и позволяет интерпретировать решение волнового уравнения не как вероятность, а как реальное энергетическое воздействие.

Единственным отличием является, то, что мы не ждём когда классический базис (информация об импульсе) «пройдёт» расстояние между квантами со скоростью с, а используем тот, который уже достиг одновременно обоих квантов. Если же использовать модель [2], то сам квант является носителем и квантового и классического базиса и сам для себя является и квантовым и классическим каналом передачи информации.

Теоретический анализ реальной физической ситуации вполне возможен, но набор таких ситуаций явно выходит за рамки возможностей одного автора. Вспомним, что в 1937 г. было выведено дисперсионное уравнение [Вл] и последовательно получены, используя современную терминологию,  решения для U-процедуры и для слабых измерений при U-процедуре (дисперсия волн) и решение для R-процедуры (затухание волн) при нелокальных корреляциях запутанных квантов в плазме (дальнодействие самосогласованного поля в электронном газе).

 

 

Яркая физическая интуиция А.А. Власова увлекла его на выдвижение амбициозной Программы «Движение неотделимо от частицы» обобщающей и распространяющей феномен самосогласованного поля на все интересные ему в то время физические явления и объекты с признаками дальнодействия.

Известно, что эффекты нелокальной корреляции присутствуют как в экспериментально наблюдаемых  ∆-изобарах, так и в гипотетических гравитино, двухщелевой эксперимент и оптические эффекты на полупрозрачных зеркалах, конфаймент и тунеллирование через потенциальный барьер и др. также включают нелокальные корреляции. Некоторые из этих  квантовых явлений частично описаны или могут быть описаны в дальнейшем как «сверхсветовые» спин-векторные частицы или состояния обладающие спином 3/2 в реальной области и компонентами спина ½ в мнимой (сами значения спинов или аналогов спина могут иметь и иное значение).

За 70 лет исследований завершен первый этап Программы, выводы которого сформулировал Erich Joos: существует только один основной каркас для всех физических теорий - квантовая теория; нет никаких частиц; нет никаких квантовых скачков; нет времени на фундаментальном уровне («Конец Света»).

Анализ полученных результатов позволил в свою очередь С. Доронину для следующего этапа поставить ещё более вызывающе амбициозную практическую задачу – создание квантового канала осуществляющего мгновенный обмен информацией между пространственными точками х_А и х_В континуума.

Не менее претенциозной выглядит и цель установления мгновенной связи между временными точками t_А и t_В нашего континуума. Это позволяет объединить разделённые полувеком результаты по взаимодействию квантов времени с временным фронтом [Bр1] и нелокальную корреляцию между временными точками t_А и t_В [Bр2], обосновать возможность не только прогнозировать будущее, но и менять прошлое, и предложить в качестве прототипа сигнала запутанного времени ассиметричное представление хронологических соотношений [Вр3].

 

Истинным вольнодумством, но очень конструктивным,  является и «приступ сумасшествия» Пенроуза предлагающего установить связь с существами из многомерных миров и обмениваться восклицаниями с «мистерами-твистерами».

Таким образом «Наши цели ясны, задачи определены. За работу, товарищи!»

 

[Тв] Пенроуз Р., Риндлер В. Спиноры и пространство-время. Спинорные и твисторные методы в геометрии пространства-времени. — М.: Мир. 1988.

 

[Вл] Власов А.А. О вибрационных свойствах электронного газа. ЖЭТФ 8, 291 (1938)

[Вр1] Tangherlini F.R. The velocity of light in uniformly moving frame. PhD Thesis, Stanford Univ., Sept. 1958, 135 pages.

[Вр2] Yakir Aharonov, Eliahu Cohen, Doron Grossman, Avshalom C. Elitzur. Can a Future Choice Affect a Past Measurement's Outcome? arxiv.org: 1206/1206.6224v1.pdf

[Вр3] Alfred Shapere, Frank Wilczek. Constraints on Chronologies. arXiv: 1208. 3841v1 [gr-qc] 19 Aug 2012