|
Межзвездные коммуникации могут разрешить парадокс Ферми
|
|
|
|
До сих пор в поисках внеземного разума (SETI) использовались стратегии, основанные на классической науке — прослушивание радиоволн, телескопы, наблюдающие за оптическими сигналами, телескопы на орбите, исследующие излучение атмосферы экзопланет, поиск лазерного излучения, которое может исходить от инопланетян. Может ли квантово-механический подход быть более эффективным?
|
|
|
|
Лэтэм Бойл говорит, что, возможно. "Интересно, что наша галактика (и море космического фонового излучения, в которое она встроена) "действительно" допускает межзвездную квантовую связь в определенных диапазонах частот", - говорит он.
|
|
|
|
Исследователь из Центра теоретической физики имени Хиггса при Эдинбургском университете в Шотландии Бойл исследовал эту возможность и говорит: "Но в то время как наши нынешние телескопы достаточно велики, чтобы обеспечить межзвездную "классическую" связь, межзвездная "квантовая" связь требует огромных телескопов — намного больших, чем все, что мы построили до сих пор".."
|
|
|
|
Далее, его анализ приводит к еще одному потенциальному решению парадокса Ферми.
|
|
|
|
Что касается межзвездной связи, Бойл писал: "Естественно задаться вопросом, возможно ли также отправлять или получать квантовые сообщения между звездами". Его препринт был опубликован на сервере препринтов arXiv и отправлен в рецензируемый журнал.
|
|
|
Идея состоит в том, чтобы использовать запутанные пары кубитов, одна из которых хранится у отправителя, а другая отправляется на Землю. Несколько лет назад было обнаружено, что две квантовые частицы могут сохранять квантовую когерентность на межзвездных и даже галактических расстояниях, даже будучи связанными друг с другом — каким-то образом связанными таким образом, что определение свойства одного запутанного кубита немедленно определяет свойство другого.
|
|
|
|
Эта странная связь уже была продемонстрирована между фотонами, находящимися на расстоянии более тысячи километров друг от друга, причем один из них находится на поверхности Земли, а другой - на космическом корабле, вращающемся вокруг планеты.
|
|
|
|
Кубит - это единица квантовой информации. Квантовая механика позволяет такой частице, как фотон, посредством квантовой суперпозиции находиться в двух состояниях одновременно, например, вращаться вверх и вниз. В то время как при классической передаче данных фотон находится в одном состоянии, немного, то есть либо вращается вверх, либо вниз, но не в обоих одновременно. Отличие кубитов делает их более эффективными для многих применений.
|
|
|
|
Бойл сосредоточился на физических требованиях и ограничениях, связанных с отправкой и обнаружением такого кубитного сигнала, начиная с "квантовой емкости" передачи — максимальной скорости, с которой квантовый канал связи может передавать квантовую информацию.
|
|
|
|
О квантовых каналах связи уже многое известно из исследований и экспериментов в области квантовой телепортации, квантовой криптографии, квантовой запутанности и других квантовых явлений. Протоколы, основанные на квантовой коммуникации, в геометрической прогрессии быстрее, чем протоколы, основанные на классической коммуникации — каналах, передающих по одному биту за раз от передатчика к приемнику, — для некоторых задач.
|
|
|
|
Используя известные ограничения на квантовую пропускную способность так называемых каналов квантового стирания и свойства межзвездной среды, Бойль смог получить два важных результата: для того, чтобы квантовая пропускная способность была больше нуля, требуется, чтобы обмениваемые фотоны находились в определенных разрешенных диапазонах частот, и чтобы эффективный диаметр как передающего, так и принимающего телескопов был одинаковым. должно быть больше значения, пропорционального квадратному корню из длины волны фотона, умноженному на расстояние между телескопами.
|
|
|
|
Согласно анализу Бойля, квантовая емкость, которая не исчезает, требует, чтобы обмениваемые фотоны имели длину волны менее 26,5 см, главным образом для того, чтобы избежать осложнений с космическим микроволновым фоном.
|
|
|
|
Более того, в то время как классическая связь может осуществляться, если приемник получает лишь небольшой процент передаваемых фотонов (как в случае с радиосигналами), квантовая связь требует, чтобы большая часть передаваемых фотонов была обнаружена телескопом приемника.
|
|
|
|
Для наземного телескопа этот диаметр был бы огромным. Длина волны фотона должна быть не менее 320 нм, чтобы пройти через атмосферу Земли, а учитывая, что расстояние до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра, составляет 4,25 световых года, Бойл считает, что диаметр наземного телескопа должен быть не менее 100 километров.
|
|
|
|
Излишне говорить, что это огромное отличие от крупнейшего наземного телескопа, который сейчас строится, - Европейского сверхбольшого телескопа, строящегося в Чили, диаметр которого составит 0,04 км (40 метров).
|
|
|
|
"На самом деле, - сказал Бойл, - необходимые телескопы настолько велики, что если у внеземного отправителя есть достаточно большой передающий телескоп, он обязательно сможет также увидеть, что мы еще не построили достаточно большой принимающий телескоп, поэтому он будет знать, что пока нет смысла связываться с нами."
|
|
|
|
И, возможно, мы ничего не слышали от них, отмечает он. "Другими словами, предположение о том, что инопланетяне общаются квантово-механически, кажется достаточным для объяснения парадокса Ферми".
|
|
|
|
Над атмосферой можно было бы использовать более короткие волны, для чего потребовался бы телескоп меньшего размера, возможно, на Луне или в точке Лагранжа L2 Земли, но даже для гамма-излучения с длиной волны порядка 0,001 нм все равно потребовался бы телескоп диаметром около 200 метров.
|
|
|
|
Телескоп не обязательно должен быть одной тарелкой — это может быть множество маленьких тарелок, расположенных близко друг к другу (как на земле, так и в космосе), но они должны быть расположены близко друг к другу, "как ячейки в пчелиных сотах", - сказал Бойл.
|
|
|
|
Ряд ретрансляторов или квантовых ретрансляторов также можно было бы разместить на линии между отправителем и целью, но при диаметре менее 100 метров телескопы-ретрансляторы необходимо было бы размещать на каждой десятой астрономической единицы, в том числе и внутри нашей собственной солнечной системы. Поддержание их в согласованном состоянии может оказаться проблемой (поначалу для них, а не для нас).
|
|
|
|
Недостающий фрагмент заключается в том, как получатель мог бы узнать, что поступающий сигнал является квантово-механическим, а не классическим, а именно частью запутанной пары, если инопланетяне и люди начинают работу без предварительного общения. "Я думаю, что этот ответ сам по себе является, по крайней мере, еще одной статьей", - сказал Бойл.
|
|
|
|
Источник
|
