Если на Земле установить передатчик на частоте, скажем 10 МГц мощностью 1МВт, с излучателем типа диполь, то можно будет его сигнал принять и расшифровать в космосе на расстоянии 10^13 км.

Спрашиваю в связи с парадоксом Ферми

Смысл таков, что так как энергия выражается в виде квантов и не может бесконечно уменьшатся, то на таком расстояние произойдёт затухание сигнала в 0.

Открою страшную тайну. Количество фотонов в э/м волне не постоянно, а флуктуирует. Там первичнее волновая функция (читай E и H).
А парадокс Ферми высосан из пальца. Кто сказал что единственный способ передачи информации - э/м волна? Академия наук слава Богу на альфа центавре не функционирует.

однако фотоны могут 1. поглощаться и 2. пролетать мимо приемника

Преподавали нам в институте расчет космической линии связи, о корпускулярных эффектах не упоминалось. И поскольку все работает, и станции летают, и связь с ними есть, и даже на значительно более высоких частотах (на которых корпускулярные свойства должны быть выше), то, думаю, можно руководствоваться классической теорией, считая, что имеем дело с электромагнитной волной.

По моему так
Э.м. волна и фотон не одно и тоже. Фотон это ипмульс ЭМ волны, возникающий при переходе траляля
Его размеры сначала определяются неопределенностью Гейзенберга. Но это в начале в источнике
А дальше он распространяется также как ЭМ волна
Грубо говоря Размеры фотон расширяется

Но ведь фотон может вести себя как волны только в пределах своей длинны волны. В радиусе где-то полуволны он ведет себя как волна, а все что выше - уже частица. А 10Мгц - это всего 30 метров.

А как факт квантования отменят возможность приема?
Пусть есть камера, в центре которой возникает один фотон в секунду. объем камеры 10м3. Есть шанс что мы его примем, если установим много фотодетекторов (и мы его примем), хотя плотность энергии очень мала.

По парсеку и 1МВт (без учета затухания в среде)
Плотность мощности (без учета затухания в среде) ~1МВт/(4*пи*10^32) = 1E-27 Вт/м2
Плотность энергии 1E-27 / 3E8 = 0.3E-35 Дж/м3. Энергия фотона равна 6.6E-34*1E7 = 6.6E-27 Дж
Длина волны 30м. Пространственный период 30/(2пи) ~ 5м, объем 25м3. Энергии на волну 25*0.3E-36 ~ 7E-36 = очень мало фотонов.
Почему бы и не принять иногда один фотон? Вопрос как его отделите от мух (шума).
Знание о квантовании даст вам возможность учета (расчета) эффектов квант-антенна.

По ферми (без квантования) кажется был пример у Финка, с точки зрения скорости передачи данных (и приема в идеальном шуме).

проблемы начинаются там где пытаются квантовые эффекты втиснуть в классическое понимание процессов. Другой известный пример - EPR парадокс.

В любом случае, грубо говоря, квантовая теория не дает ответа сколько и где чего находится, она лишь дает вероятности... или более точно амплитуды вероятностей. То есть если у вас меньше одного кванта, то в значит вероятность принять этот квант в единицу времени меньше 1. Другой пример, если у вас есть охлажденный оссцилятор в котором по распределению Бозе-Эйнштена должно быть скажем 0.113 кванта, то это значит то вероятность измерить оцилятор в возбужденном состоянии 0.113, а в невозбужденном 0.997. И так получится что ваш осцилятор, лишь 11.3% времени возбужден...

Если цивилизация передает некую информацию с целью найти
другую цивилизацию, то какую битовую скорость передачи
следует ожидать?

Если все так сложно, то как интересно удается до сих пор принимать сигнал от спутника Вояджер-1(2), запущенного еще в 70x годах, и который уже вылетел за пределы солнечной системы. Какая там тогда мощность передатчика?

Смотреть Финка, там доходчиво (сигналы, помехи, ошибки).

По состоянию на 7 марта 2011 года, космический аппарат «Вояджер-1» находился на расстоянии 0,000564 пк

Про квантование самое хорошее у Феймана, ну и его стрелки(диаграммы). Если кратко - надо смириться и принять правила, нет ответа почему так.

А он уже на парсек удалился?

Усреднять, усреднять и еще раз усреднять... То как одно и менее фотонные эксперименты и делаются...

Признаться... Мы делали измерения на менее одного кванта в электромагнитных моде... и ничего....

А Фейман известен своими шуткам и приковали над окружающими... Он специально это придумывал чтобы ставить окружающих в тупик... Хотя сам все понимал... Он не воспринимать это серьезно

Бред, мы прекрасно принимаем сигналы от природных источников Э/М излучения и они одинаковые на разных расстояниях до объекта (отличающихся на порядки), и зависят только от типа объекта. Причем принимаем вплоть до жесткого гамма диапазона. Парадокс Ферми ограничивает спектр возможных частот, которые в принципе могут свободно распространяться по нашей вселенной.
Предел возможной чувствительности приемной аппаратуры наступает значительно раньше, чем эффект от дробления сигнала на отдельные кванты. А если еще учесть уровень фонового шума вселенной (чья шумовая температура больше 0 градусов Кельвина), то он накладывает еще более ранние ограничения по уровню сигнала.

Принимаем, только там мощность передатчика бывает до 10^25 Ватт, особенно от гамма-джетов черных дыр.

PS
По поводу одинаковых сигналов на разном расстоянии не понял. Вы имеете в виду информационную модуляцию или же уровень сигнала?

Удивительные люди. Ведь уже и ссылку на книгу дали, где вопрос подробно обсасывается, и нет - спорят.

Для чукчей, которые не читатели, повторяю ещё раз:: КВАНТОВЫЙ ЭФФЕКТ ДОЛЖЕН УЧИТЫВАТЬСЯ, и топикстартер совершенно прав.

Не думал что 1 парсек это настолько далеко

Да, похоже это так далеко, что в ближайшую пятницу нам ничего особенного не грозит.
Тревоги по поводу гарантийного ремонта приемника, проданного а систему Альфа Центавра до сотворения мира надуманы.
Даже если рекламация отослана, она будет идти достаточно долго.

Конечно, вопрос поднят интересный, действительно есть какой-то не всем одинаково очевидный физический парадокс.
Но не уподобляемся ли мы средневековым монахам, до хрипоты спорившим сколько чертей может уместиться на кончике иголки?
Тоже ведь насущная тема была, намного опередившая свое время.

Не знаю, кто вам это сказал, но это неверно. К примеру, эксперименты, использующие квантовую природу видимого света (интерферометры для обнаружения гравитационных волн), проводятся на расстояниях в километры



Нет, топикстартер не прав. Для разрешения парадокса Ферми квантовые эффекты не релевантны. Да и сигнал не "затухает в 0".

Для того, чтобы сигнал стал недетектируемым ему вовсе не надо затухать до нуля. Достаточно опуститься ниже уровня шума.

Если быть совсем уж точным, то до порога детектирования используемой аппаратуры и алгоритма детектирования, потому что вполне возможно поддерживать связь, не превышая уровень шума по мощности, что с успхом используется в аппаратуре связи c расширением спектра.

Ну и опять же, квантовые эффекты тут а) не при чём, если конечно вы не интересуетесь деталями статистики шума, либо пытаетесь вести связь с использованием квантовых эффектов, как в "квантовой криптографии" б) не означают, что сигнал внезапно падает до нуля на каком-то расстоянии

видимо, о таких понятиях как сложные сигналы, Вам не приходилось слышать. как же тогда работает система GPS и другие, основанные на технологии CDMA?

"Чукча не читатель" дубль два.

Ну почему же слышал про CDMA. GPS не знаю деталей. Давайте поговорим о CDMA. CDMA шумоподобный сигнал, который превращеется из шума в сигнал подсчетом корреляции с 64битным волш кодом. Однако я говорю не о шумоподобных сигналах, а о том что сигнал, опустившись ниже уровня шума, станет необнаружим если не использовать корреляционные методы. Если использовать корелляционные методы было бы можно, то синхродетектирование дает обнаружение сигнала ниже шума до шести порядков. Однако мой поинт в том, что сигнал даже ниже шести порядков еще не нулевой, а уже недетектируемый. И напоследок: для использования корреляционных методов надо сначала получить паттерн с которым будем считать корреляцию. Волш код для CDMA или фазу для синхродетектирования. Как вы предлагаете это получить с далеких планет, сигнал с которых тонет в шуме? Расскажите как осведомленный о таких понятиях как сложные сигналы.

А вы поняли смысл того, что запостили? Если вы считаете, что этот фрагмент подтвердает правоту топикстартера, то нет.



Спасибо, Капитан Очевидность. Но квантовая механика здесь по прежнему не при чём.

Мне реально смешно, что топикстартер пытается разрешить парадокс Ферми с помощью элементарных
аргументов из квантовой механики, - видимо, он понимает квантовую механику лучше Ферми?

:-)))))))))))) Самоуверенность зашкаливает.. :-)))))
Если вы считаете, что вы правы, то нет! :-)))))




Про "парадокс Ферми", КОТОРЫЙ ДАЖЕ НЕ ИМЕЕТ НАУЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ, НИЧЕГО НЕ УТВЕРЖДАЕТ И НИЧЕГО НЕ ОПРОВЕРГАЕТ, здесь говорите только вы.

Все остальные говорят о "передаче данных на 1 парсек". Точнее, о том, следует ли учитывать квантовый эффект при расчёте затухания или нет.
Однозначный ответ на этот вопрос уже дан.




Вы могли бы просто выразиться более аккуратно, например так:: """когда отношение сигнал/шум упадёт ниже предела Шеннона для заданной скорости канала"""

Тогда они не придрались бы. Когда говорят "сигнал упадёт ниже шума" обычно это и имеют в виду, но в споре так подставляться нельзя!.. :-))))))))

откуда такие данные - 6 порядков? к вашему сведению уровень сигнала GPS у поверхности Земли около -163 дБ*Вт. это сколько порядков?


если паттерн известен, точнее известна расширяющая кодовая последовательность сигнала, и сигнал выше порога обнаружения, то проблем нет - согласованная фильтрация, которая и дает максимум С/Ш. что из себя представляет сигнал далеких планет - я понятия не имею, и как его обрабатывать, соотвественно, тоже. но я пытался обратить ваше внимание на следующее:

Для любой системы связи, не важно какие методы, сигналы и алгоритмы используются при этом для приема, существует теоретический предел, называемый пределом Шеннона, который связывает максимально возможную скорость передачи данных с заданным соотношением С/Ш и полосой. и превысить этот предел невозможно, независимо от того, какие бы методы и сигналы вы при этом не использовали бы - простые/сложные сигналы, FEC кодирование и т.д.
Но мы отклонились от темы, как было справедливо замечено.

Лень на все отвечать и уходить в оффтопик для того, чтобы померятся у кого длиннее.
Вы наверное поняли, что о CDMA я имею какое-то представление. И можете поверить, что если в его основании лежит теорема Шеннона, то я о ней тоже слышал.

Мой поинт в том, что сигналу не надо падать до нуля чтобы стать необнаружимым, потому, что есть шум. Ни больше ни меньше. Согласитесь, что значение порога обнаручения ничего не меняет.

Принимаю посыл, что надо высказываться аккуратнее, однако "кто без греха пусть первый бросит камень".




Откуда вы знаете какая скорость передачи?

ну что же, продолжим...


честно говоря не уверен, по крайней мере, пока не объясните природу происхождения этих 6-ти порядков, о которых вы говорили. откуда они взялись?


опять же, о каком конкретно классе сигналов идет речь и при каких частнотно-энергетических характеристиках он детектируется с заданной вероятностью ошибки?


это вы мне расскажите. начнем с того, что изначально про скорость вы вообще "забыли" упомянуть. а было следующее:

так откуда все-таки эти 6 порядков?

И что же, длительность поступления одного фотона возрастает по мере удаления приёмника от передатчика? Так надо понимать "...фотоны регистрируются значительно реже, чем 10**9 раз в секунду"? Ведь плотность мощности электромагнитной волны падает по квадрату расстояния, а размер приёмной антенны постоянен, тогда для приёма энергии, равной кванту, потребуется большее время - квадратичная зависимость от расстояния. Т.е. фотон не представляет собой частицу - он занимает в пространстве значительный объём (в пределе - бесконечный)?

ИМХО это след от фотона бесконечный.

Moderator: Всем участникам дискуссии предлагаю привести свои посты в соответствие с правилами форума - убрать обсуждение того, кто как умеет/не умеет читать. Сроку до завтрашнего утра. Если утром все будет в том же виде - накажу всех.

Moderator: Итак, утро наступило, а изменений нет. Посему два активных бойца получают R/O (Dr.Alex, Mikhail K.), остальные - пока устное предупреждение.

Да, давно не заглядывал сюда, а тут такая битва... на ровном месте....
Причем, похоже, всем все равно о чем спорить, лишь бы попинаться.
Иначе хотя бы спросили бы у ТС, а полоса сигнала то какая будет? А диаметр приемной антенны? А ее температура? А время приема?
Может 1Гц, 1км и 300К, тогда 1бит/сек принять можно, а если 4К - то и до полусотни пройдет. А вдруг антенн миллион по 1квм, тогда и.... А если... В общем вопрос поставлен некорректно, вот ТС и получил соответствующий по корректности ответ.
Вторая часть еще непонятней, чем первая. А почему энергия выражается только в виде квантов, да еще с ограничением на ее величину с низу? Это какое-то новое открытие? И энергия кванта уже не равна h*f?
Конечно, это вопросы риторические и в контексте понятно, что хотел спросить ТС. Но дискуссия показала, что, похоже, не всем, да и самому ТC в том числе.
Может для начала развеем некоторые мифы, возникающие при неправильном понимании квантово-волнового дуализма? Дело в том, что название квантовый или волновой характеризуют не более чем лишь тип приемника энергии, а не тип канала передачи энергии или источника, о чем тут и идет спор.
Например, в космосе есть огромные облака атомарного водорода. Там переходы водорода возбуждаются от излучения ближайших звезд, а затем излучают вроде-бы кванты, если считать, что это характеристика излучателя или канала, но почему то ничто не мешает принимать это излучение на волне 21 см обычным волновым приемником. При этом, тот факт, что излучение рождено в результате квантовых процессов приводит всего лишь к уширению полосы волнового излучения за счет квантового шума. Есть, например, молекулярные усилители, где волновое излучение усиливается за счет квантовых процессов. Но ничего не мешает далее опять принимать его волновыми приемниками. Есть, наконец, волновое отражение обычным металлическим зеркалом «квантов», рожденных при переходах в атомах вольфрама раскаленной спирали лампочки, но принимаемое квантовыми процессами в сетчатке. Наверное хватит примеров.
Общий ответ ТС такой, принять можно любой по слабости сигнал, если за время приема Вам удасться, тем или иным способом, сделать так, что уровень принятой энергии от полезного сигнала будет выше уровня энергии от тепловых шумов приемника, фонового излучения или, в пределе, остаточных квантовых шумов пространства. И результат приема, в пределе, не будет зависить от типа приемника — квантового или волнового. Но об этом уже писал Major предлагая почитать Финка.



Уважаемый Dr.Alex посмотрите в приведенном Вами тексте на шесть строк выше выделенного Вами. Там стоит частота излучения. Если скорость света поделить на эту частоту, то длина волны получится 0.6 мкм. Т.е. ссылаясь на этот текст Вы утверждаете, что для этих длинн волн существуют волновые приемники? Или все таки приведенная Вами ссылка справедлива только для квантовых? Но даже если это и так, то это приведет лишь к ухудшению соотношения сигнал-шум при приеме, что и будет являться пороговым ограничением. А не затухание сигнала в 0, как предполагает ТС.
Да, справедливости ради, нужно отметить, что используемая мной интерпретация КВ-дуализма будет справедлива только с точки зрения передачи-приема информации. Если хотите чего нибудь еще, кроме этого, то прицип несепарабельности квантовых систем Вам в руки...

Не ровное это место. На нём находится большое непонимание физики процесса. Потому интересно.
Допустим, приёмник расположен в вакууме. Параметры передающей и приёмной антенны фиксированы. Приёмник охлаждён до 0.01 К.
Пусть П=Р/S=[E*H] - плотность мощности электромагнитной волны, падающей на приёмную антенну, P-мощность на выходе приёмной антенны, S-эффективная площадь приёмной антенны, E-вектор напряжённости электрического поля, Н-вектор напряжённости магнитного поля в раскрыве.
П~1/R**2, где R-расстояние от передающей до приёмной антенны.
Очевидно, можно найти такое R, для которого плотность мощности П будет сколь угодно мала.
В частности, можно найти такое R, для которого, 10*P/f<h*f, где f-частота колебания, h-постоянная Планка. Последнее соотношение означает, что энергия, принятая за десять периодов несущей, будет меньше энергии фотона для данной частоты.
Десять периодов несущей достаточно для передачи, например, бита информации. Таким образом, энергия, переносящая бит информации, меньше энергии фотона.
Есть чему удивиться.
Вопрос не в реализуемости линии связи, а в корректности модели и наших представлений о том, например, что такое фотон.

Дмитрий, по моему мнению дело «не в коррекрности наших общих моделей и наших представлений», а как обычно, к корректности их применений нами же.
Ну почему Вы описав в модели волновой приемник, предъявляете к нему требования как к квантовому и на основании этого делаете Ваш вывод?
Если волновой, то и используйте при анализе — поток мощности, время приема, принятую энергию, а если квантовый, то плотность квантов, вероятность захвата итд — и не будет никаких парадоксов. А формула h*f в пределе связывает эти модели между собой и позволяет сделать переход от одной к другой. Но опять же его делать нужно корректно. А то можно будет создавать новые парадоксы — типа мы излучили «кусок кванта» т.к. энергия волны составляет не целую h*f.
В КМ есть такой принцип дополнительности, для нашего случая суть его будет примерно такая — один и тот же (скажу так) «кусок энергии» нельзя одновременно принять и квантовым и волновым приемником. Поэтому и нельзя смешивать модели.
А в Вашем примере, если сделать корректные переходы между моделями, ответ должен быть примерно такой.
Плотность квантового потока в месте приема настолько мала, что время приема одного кванта (период между захватами квантов) превышает 10/f. И если Вы приняли 10 периодов несущуй за период символьной частоты, то это не позволяет безошибочно принять информацию. Где-то так.
Можно уточнить суть Вашей ошибки - написав неравенство 10*P/f<h*f, Вы почему то считаете, что приемник обязательно должен принять хоть какую то энергию, для волнового это так, а вот квантовый будет, грубо говоря, "ждать" пока общая энергия не превысит энергию перехода, вот тогда и "примет" квант, но время этого ожидания будет уже больше принятого Вами за символьный. Только, пожалуйста, не считайте, что атомный переход квантового приемника действительно накапливает энергию, я использовал это для наглядности, не более.

Я сопоставляю результаты, которые получаются в двух моделях. Найдя противоречие, пытаюсь тем самым установить границу применимости волновой модели. Это в действительности и есть ответ на вопрос топикстартера.


Да, смешение различных моделей непривычно и может быть некорректно.
Но посмотрите цитату из Финка (приведённую пострадавшим за науку Dr. Alex'ом): у него фотоны имеют поляризацию и даже квадратуры, а квантовый приёмник - полосу пропускания, причём если полосу увеличить (интересно, как?), то число требуемых для передачи сообщения фотонов уменьшается, поскольку-де увеличивается "число степеней свободы". Понимать это надо так, что в один момент времени в одной точке (?) пространства, может находиться до 4-х фотонов, отличающихся этими свойствами. При всём при том, все фотоны имеют одну частоту. Как при этом использовать расширение полосы приёма - непонятно. Если только вместо "фотон" не использовать "радиоимпульс" и иметь возможность изменять его длительность. Не слишком похоже на чистую квантовую механику.


Понятно, что такая интерпретация необходима для удовлетворения закону сохранения энергии, но это не проливает свет на механизм исчезновения из последовательной во времени цепочки фотонов, распространяющихся в одном направлении - к антенне приёмника, и переносящих сообщение, некоторой их части. Куда они делись? Ведь процесс излучения детерминирован, каждый последующий из излучаемых фотонов должен повторять путь предыдущего.
Скорее уж, возникают некоторые направления, в которых сообщение передаётся, а в остальных - нет.
По Вашей с Финком гипотезе:
Фотоны поступают в приёмник через равные интервалы времени?
Через случайные интервалы?
В последнем случае: каким образом исходная идеальная детерминированная физическая структура поля передающей антенны разваливается на случайные компоненты?

God does not play dice? Не совершайте туже ошибку что и дедушка Ейнштейн

Насколько я помню, фотон является бозоном. А бозоны не подчиняются принципу Паули. Значит в одной точке пространства в один момент времени может находиться сколь угодно много абсолютно одинаковых фотонов.

Все верно фотон бозон, потому, что у него нулевой спин. А все частицы с целым спином бозоны. те, у которых полуцелый спин (1/2, 1+1/2. 2+1/2 и т.д.) фермионы.

Однако что понимать под точкой пространства?

Принцип Паули работает только в пределах одной квантовой системы. И, на мой взгляд, говорить о статистике Ферми вне квантовой системы не имеет смысла. Это второй момент почему даже фермионы в пространстве не будут иметь ограничений на одинаковые квантовые состояния.

Спин фотона единица.

В принципе Паули нет ни слова про точку пространства. Там сказано что два идентичных фермиона не могут занимать одно квантовое состояние.

Да. Вы правы. Начал забывать.
В принципе Паули еще сказано, что в одной квантовой системе.
Ведь в двух разных атомах электроны могут находиться в одном состоянии

Итак:

Тоесть, получается что, к примеру из Альфа Центавра уже невозможно никак принять ненаправленное излучение с Земли (радио и теле - станции и мобильная связь) и сделать вывод что на Земле происходит радиоэлектронный обмен? Он будет заглушен уровнем шумов?

В самом начале ветки правильно было сказано - усреднять надо. Усреднять можно как по ансамблю, так и по времени. Никто не запрещает набирать однофотонную статистику сколь угодно долго.

К стати, вполне аналогичную задачу можно сформулировать гораздо проще, поделить ток настолько, чтобы, например, в секунду 1 электрон прилетал и поставить задачу измерения тока.

И частично заэкранирован ионосферой. У ионосферы есть полосы, где она прозрачна, так вот только тот обмен и выйдет за пределы Земли.

Я рассмотрел возможность передачи информации, а не обнаружения сигнала. Большой уровень радиоизлучения вовсе не обязательно признак радиообмена. Солнце, например, тоже излучает.

Перефрапзирую, миожно ли с Альфа-Центавра попытатся прослушать техническое радиоизлучение земных источников и сделать вывод на основе сигнала (который структурирован, а на Солнце излучение стохастично) что на Земле есть разумная жизнь, использующая радиосвязь.

Упорядоченность сигнала можно выявить теми же вейвлетами
http://cs.haifa.ac.il/hagit/courses/semina...9_Denoising.pdf

Формулу я представил. Возьмите самый мощный источник сигнала и посчитайте максимальное расстояние, сравните с расстоянием до звезды. Будет очень грубая, но всё-таки оценка. Имейте ввиду, что с Земли в космос уходят волны с частотами выше 9 МГц.