Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер. Сет Ллойд

даних спостережень.

      Всесвіт виник трохи менш ніж 14 мільярдів років тому у величезному спалахові під назвою Великий вибух. У міру розширення та охолодження різноманітні форми матерії згущувалися з космічного туману. Через три хвилини після Великого вибуху сформувалися будівельні елементи для таких простих атомів, як водень та гелій. Ці елементи скупчувалися під впливом гравітації, щоб сформувати перші зорі та галактики через 200 мільйонів років після Великого вибуху. Важчі елементи, такі як залізо, утворилися, коли ці ранні зорі вибухнули в наднові. Наше власне Сонце та Сонячна система сформувалися 5 мільярдів років тому, а життя на Землі почалося трохи більш як за мільярд років після того.

      Ця традиційна історія Всесвіту не така приваблива, як деякі версії, а молочні продукти з’являються в ній лише на останній стадії. Та, на відміну від старіших міфів про створення світу, наукова версія має властивість відповідати відомим науковим законам та спостереженням. І навіть така історія Всесвіту, яка виражена термінами фізики, здатна бути красивою. У ній є місце драмі та невідомості і залишається ще багато питань. Як виникло життя? Чому Всесвіт такий складний? Яким є майбутнє Всесвіту та життя зокрема? Коли ми дивимося на Молочний Шлях, нашу власну галактику, ми бачимо багато зір, подібних до нашої. Коли дивимося поза її межі, ми бачимо багато галактик, схожих на Молочний Шлях. У тому, що ми бачимо, є певний сценарій, у якому ті самі зоряні драми відтворюються знов і знов різними зоряними акторами в різних місцях. Якщо Всесвіт фактично безмежний у розтягненні, тоді десь урешті-решт буде втілено кожен можливий сценарій, дозволений законами фізики. Історія Всесвіту – це щось подібне до космічної мильної опери, чиї актори розіграють усі можливі комбінації драми.

Енергія: перший закон термодинаміки

      Давайте ознайомимося з провідними акторами в космічній опері. У традиційній космології головним актором є енергія: енергія випромінювання (насамперед енергія світла) та енергія маси в протонах, нейтронах та електронах. Що ж таке енергія? Як ви вже, напевне, дізналися в школі, енергія – це спроможність виконувати роботу. Енергія змушує фізичні системи утворювати речі.

      Загальновідомо, що енергія зберігається; вона може набувати різних форм: теплоти, роботи, електроенергії, механічної енергії, – але ніколи не втрачається. Цей факт відомий як перший закон термодинаміки. Але якщо енергія зберігається і якщо Всесвіт виник із нічого, звідки ж тоді взялася вся енергія? Фізика дає пояснення.

      Квантова механіка описує енергію в контексті квантових полів – внутрішньої структури Всесвіту, збурення якої утворює елементарні частинки: фотони, електрони, кварки. Енергія навколо нас тоді була виведена з глибинних квантових полів розширенням нашого Всесвіту – у формі Землі, зір, світла, теплоти. Гравітація – це сила тяжіння, що притягує речі одну до одної. У міру того як Всесвіт розширюється (що він і продовжує робити),