Cos'è l'entanglement quantistico in parole semplici? Teletrasporto: è possibile? La possibilità del teletrasporto è stata provata sperimentalmente? Qual è l'incubo di Einstein? In questo articolo troverai le risposte a queste domande.

Vediamo spesso il teletrasporto nei film e nei libri di fantascienza. Ti sei mai chiesto perché ciò che gli scrittori hanno inventato alla fine diventa la nostra realtà? Come riescono a prevedere il futuro? Non credo sia un incidente. Spesso gli scrittori di fantascienza hanno una vasta conoscenza della fisica e di altre scienze, che, combinata con la loro intuizione e straordinaria immaginazione, li aiuta a costruire un'analisi retrospettiva del passato e simulare eventi futuri.

Dall'articolo imparerai:

• Cos'è l'entanglement quantistico?

concetto "entanglement quantistico" emerse da un presupposto teorico che deriva dalle equazioni della meccanica quantistica. Significa questo: se 2 particelle quantistiche (possono essere elettroni, fotoni) risultano interdipendenti (entangled), allora la connessione è preservata, anche se sono diffuse in diverse parti dell'Universo

La scoperta dell'entanglement quantistico spiega in una certa misura la possibilità teorica del teletrasporto.

Insomma, allora Indietro particella quantistica (elettrone, fotone) è chiamata momento angolare proprio. Lo spin può essere rappresentato come un vettore e la stessa particella quantistica può essere rappresentata come un magnete microscopico.

È importante capire che quando nessuno osserva un quanto, ad esempio un elettrone, allora ha tutti i valori dello spin contemporaneamente. Questo concetto fondamentale della meccanica quantistica è chiamato "sovrapposizione".

Immagina che il tuo elettrone giri contemporaneamente in senso orario e antiorario. Cioè, è in entrambi gli stati di rotazione contemporaneamente (spin up vector/spin down vector). Rappresentato? OK. Ma non appena un osservatore appare e misura il suo stato, l'elettrone stesso determina quale vettore di spin dovrebbe assumere - verso l'alto o verso il basso.

Vuoi imparare a misurare lo spin di un elettrone?È posto in un campo magnetico: gli elettroni con una rotazione contro la direzione del campo e con una rotazione nella direzione del campo devieranno in direzioni diverse. Gli spin dei fotoni vengono misurati dirigendoli verso un filtro polarizzatore. Se lo spin (o la polarizzazione) di un fotone è "-1", allora non passa attraverso il filtro e se è "+1", allora passa.

Riepilogo. Non appena hai misurato lo stato di un elettrone e determinato che il suo spin è "+1", l'elettrone legato o "entangled" con esso assume il valore di spin "-1". E istantaneamente, anche se è su Marte. Sebbene prima di misurare lo stato del 2° elettrone, avesse entrambi i valori di spin contemporaneamente ("+1" e "-1").

Questo paradosso, dimostrato matematicamente, non piacque ad Einstein. Perché contraddiceva la sua scoperta che non esiste velocità maggiore della velocità della luce. Ma il concetto di particelle entangled si è dimostrato: se una delle particelle entangled è sulla Terra e la 2a è su Marte, la 1a particella al momento della misurazione del suo stato istantaneamente (più veloce della velocità della luce) trasmette informazioni alla 2a particella, qual è il valore della rotazione che lei accetta. Vale a dire, il contrario.

La disputa di Einstein con Bohr. Chi ha ragione?

Einstein ha chiamato "entanglement quantistico" SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (tedesco) o azione spaventosa, spettrale, soprannaturale a distanza.

Einstein non era d'accordo con l'interpretazione di Bohr dell'entanglement quantistico delle particelle. Perché contraddiceva la sua teoria secondo cui l'informazione non può viaggiare più veloce della velocità della luce. Nel 1935 pubblicò un articolo che descriveva esperimento mentale. Questo esperimento è stato chiamato il "paradosso Einstein-Podolsky-Rosen".

Einstein era d'accordo che le particelle legate potessero esistere, ma ha fornito un'altra spiegazione per il trasferimento istantaneo di informazioni tra di loro. Ha detto "particelle aggrovigliate" più come un paio di guanti. Immagina di avere un paio di guanti. Metti quello sinistro in una valigia e quello destro nella seconda. Hai inviato la prima valigia a un amico e la seconda sulla luna. Quando un amico riceve la valigia, saprà che la valigia contiene un guanto sinistro o destro. Quando apre la valigia e vede che c'è un guanto sinistro, saprà immediatamente che è quello giusto sulla Luna. E questo non significa che un amico abbia influenzato il fatto che il guanto sinistro fosse nella valigia e non significa che il guanto sinistro trasmettesse istantaneamente informazioni a quello destro. Significa solo che le proprietà dei guanti erano originariamente le stesse dal momento in cui sono stati separati. Quelli. le particelle quantistiche entangled inizialmente contengono informazioni sui loro stati.

Allora, chi aveva ragione Bohr, che credeva che le particelle legate si trasmettano informazioni l'una all'altra istantaneamente, anche se sono distanziate su grandi distanze? O Einstein, che credeva che non esistesse una connessione soprannaturale e che tutto fosse predeterminato molto prima del momento della misurazione.

Questa disputa si è spostata nel regno della filosofia per 30 anni. La controversia è stata risolta da allora?

Il teorema di Bell. Disputa risolta?

John Clauser, mentre era ancora uno studente laureato alla Columbia University, nel 1967 trovò il lavoro dimenticato del fisico irlandese John Bell. È stata una sensazione: si scopre Bell ha sbloccato la situazione tra Bohr ed Einstein. Ha proposto di testare entrambe le ipotesi sperimentalmente. Per fare ciò, ha proposto di costruire una macchina in grado di creare e confrontare molte coppie di particelle aggrovigliate. John Clauser iniziò a sviluppare una macchina del genere. La sua macchina potrebbe creare migliaia di coppie di particelle aggrovigliate e confrontarle in base a vari parametri. I risultati sperimentali hanno dato ragione a Bohr.

E presto il fisico francese Alain Aspe condusse esperimenti, uno dei quali riguardava l'essenza stessa della disputa tra Einstein e Bohr. In questo esperimento, la misurazione di una particella potrebbe influenzare direttamente un'altra solo se il segnale dalla 1a alla 2a passava a una velocità superiore a quella della luce. Ma lo stesso Einstein ha dimostrato che questo era impossibile. C'era solo una spiegazione rimasta: un'inspiegabile connessione soprannaturale tra le particelle.

I risultati degli esperimenti hanno dimostrato che l'assunzione teorica della meccanica quantistica è corretta. L'entanglement quantistico è una realtà ( Quantum Entanglement Wikipedia). Le particelle quantistiche possono essere legate nonostante grandi distanze. La misurazione dello stato di una particella influisce sullo stato della seconda particella situata lontano da essa come se la distanza tra loro non esistesse. La comunicazione soprannaturale a distanza sta avvenendo nella realtà.

La domanda rimane, è possibile il teletrasporto?

Il teletrasporto è confermato sperimentalmente?

Nel 2011, gli scienziati giapponesi hanno teletrasportato i fotoni per la prima volta al mondo! Spostato istantaneamente dal punto A al punto B un raggio di luce.

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Si riferisce a "Teoria dell'Universo"

entanglement quantistico

Ci sono così tanti buoni articoli su Internet che aiutano a sviluppare idee adeguate sugli "stati intrecciati" che resta da fare le selezioni più appropriate, costruendo il livello di descrizione che sembra accettabile per un sito con visione del mondo.

Oggetto dell'articolo: molte persone sono vicine all'idea che tutte le stranezze ammalianti degli stati intrecciati possano essere spiegate in questo modo. Mescoliamo palline bianche e nere, senza guardare le imballiamo in scatole e le inviamo in direzioni diverse. Apriamo la scatola da un lato, guarda: una palla nera, dopo di che siamo sicuri al 100% che sia bianca nell'altra scatola. È tutto:)

Lo scopo dell'articolo non è una rigida immersione in tutte le caratteristiche della comprensione degli "stati intrecciati", ma la compilazione di un sistema di idee generali, con una comprensione dei principi fondamentali. È così che dovrebbe essere su tutto :)

Impostiamo subito il contesto di definizione. Quando gli specialisti (e non i discussant che sono lontani da questa specificità, anche se in qualche modo sono scienziati) parlano dell'entanglement degli oggetti quantistici, non intendono che formi un tutto unico con una sorta di connessione, ma che un oggetto diventa caratteristiche quantistiche esattamente uguali alle altre (ma non tutte, ma quelle che consentono l'identità in una coppia secondo la legge di Pauli, quindi lo spin di una coppia entangled non è identico, ma reciprocamente complementare). Quelli. questo non è un collegamento e un processo di interazione, anche se può essere descritto funzione comune. Questa è una caratteristica di uno stato che può essere “teletrasportato” da un oggetto all'altro (tra l'altro, anche qui è comune l'errata interpretazione della parola “teletrasporto”). Se non lo decidi immediatamente, puoi andare molto lontano nel misticismo. Pertanto, in primo luogo, tutti coloro che sono interessati alla questione dovrebbero essere chiaramente sicuri di cosa si intende esattamente per "confusione".

Il motivo per cui questo articolo è stato avviato si riduce a una domanda. La differenza tra il comportamento degli oggetti quantistici e degli oggetti classici si manifesta nell'unico metodo di verifica finora noto: se una certa condizione di verifica è soddisfatta o meno - la disuguaglianza di Bell (maggiori dettagli di seguito), che per gli oggetti quantistici "entangled" si comporta come se esiste una connessione tra oggetti inviati in direzioni diverse. Ma la connessione, per così dire, non è reale, perché. né le informazioni né l'energia possono essere trasmesse.

Inoltre, questa relazione non dipende né distanza né tempo: se due oggetti fossero "confusi", allora, indipendentemente dalla sicurezza di ciascuno di essi, il secondo si comporta come se la connessione esistesse ancora (sebbene la presenza di tale connessione possa essere rilevata solo misurando entrambi gli oggetti, tale misura possono essere separati nel tempo: prima misura, poi distruggi uno degli oggetti e misura il secondo dopo (vedi ad esempio R. Penrose). È chiaro che qualsiasi tipo di "connessione" diventa difficile da capire in questo caso, e la domanda sorge come segue: la legge della probabilità di uscire dal parametro misurato (che è descritto dalla funzione d'onda) può essere tale che la disuguaglianza non è violata a ciascuno dei fini, e con statistiche generali da entrambi i fini - violata - e senza alcun collegamento, ovviamente, tranne che per il collegamento mediante un atto di emergenza generale.

Darò una risposta in anticipo: sì, forse, a patto che queste probabilità non siano "classiche", ma operino con variabili complesse per descrivere una "sovrapposizione di stati" - come se trovassero contemporaneamente tutti gli stati possibili con una certa probabilità per ciascuno.

Per gli oggetti quantistici, il descrittore del loro stato (funzione d'onda) è proprio questo. Se parliamo di descrivere la posizione di un elettrone, la probabilità di trovarlo determina la topologia della "nuvola": la forma dell'orbitale dell'elettrone. Qual è la differenza tra classico e quantistico?

Immagina una ruota di bicicletta che gira rapidamente. C'è un disco riflettente laterale rosso attaccato ad esso da qualche parte, ma possiamo vedere solo un'ombra più densa di sfocatura in questo punto. La probabilità che, dopo aver inserito un bastoncino nella ruota, il riflettore si fermi in una determinata posizione dal bastoncino è semplicemente determinata: un bastoncino - una posizione. Sunem due bastoni, ma solo quello che appare un po' prima fermerà la ruota. Se proviamo ad attaccare i bastoncini completamente contemporaneamente, ottenendo che non c'è tempo tra le estremità del bastone a contatto con la ruota, allora apparirà una certa incertezza. In "non c'era tempo" tra le interazioni con l'essenza dell'oggetto - l'intera essenza della comprensione dei miracoli quantistici :)

La velocità di "rotazione" di ciò che determina la forma di un elettrone (polarizzazione - la propagazione della perturbazione elettrica) è uguale alla velocità limite con cui qualcosa può generalmente propagarsi in natura (la velocità della luce nel vuoto). Conosciamo la conclusione della teoria della relatività: in questo caso, il tempo per questa perturbazione diventa zero: non c'è nulla in natura che possa realizzarsi tra due punti qualsiasi di propagazione di questa perturbazione, non c'è tempo per essa. Ciò significa che la perturbazione è in grado di interagire con qualsiasi altro "stick" che la colpisce senza perdere tempo - contemporaneamente. E la probabilità di quale risultato si otterrà in un particolare punto dello spazio durante l'interazione dovrebbe essere calcolata dalla probabilità che tenga conto di questo effetto relativistico: a causa del fatto che non c'è tempo per un elettrone, non è in grado di scegli la minima differenza tra i due "stick" durante l'interazione con loro e lo fa contemporaneamente dal suo "punto di vista": l'elettrone passa attraverso due slot contemporaneamente con densità d'onda diversa in ciascuno e poi interferisce con se stesso come due onde sovrapposte.

Ecco la differenza tra le descrizioni delle probabilità nei classici e nei quanti: le correlazioni quantistiche sono "più forti" di quelle classiche. Se il risultato di un lancio di monete dipende da molti fattori che influenzano, ma in generale sono determinati in modo univoco in modo tale che basta solo costruire una macchina precisa per lanciare monete, e cadranno allo stesso modo, allora la casualità " scomparso”. Se realizziamo un automa che penetra in una nuvola di elettroni, il risultato sarà determinato dal fatto che ogni colpo colpirà sempre qualcosa, solo con una densità diversa dell'essenza dell'elettrone in questo luogo. Non ci sono altri fattori, a parte la distribuzione statica della probabilità di trovare nell'elettrone il parametro misurato, e si tratta di un determinismo di tutt'altro genere rispetto ai classici. Ma questo è anche determinismo; è sempre calcolabile, riproducibile, solo con una singolarità descritta dalla funzione d'onda. Allo stesso tempo, tale determinismo quantistico riguarda solo una descrizione olistica dell'onda quantistica. Ma, vista l'assenza di un tempo adeguato per un quanto, interagisce in modo assolutamente casuale, cioè non esiste un criterio per prevedere in anticipo il risultato della misurazione della totalità dei suoi parametri. In questo significato di e (nella visione classica), è assolutamente non deterministico.

L'elettrone esiste davvero e realmente sotto forma di una formazione statica (e non un punto rotante in orbita) - un'onda stazionaria di perturbazione elettrica, in cui c'è un altro effetto relativistico: perpendicolare al piano principale di "propagazione" (esso è chiaro il motivo tra virgolette :) campo elettrico sorge anche una regione statica di polarizzazione, che è in grado di influenzare la stessa regione di un altro elettrone: il momento magnetico. La polarizzazione elettrica in un elettrone dà l'effetto di una carica elettrica, il suo riflesso nello spazio sotto forma della possibilità di influenzare altri elettroni - sotto forma di carica magnetica, che non esiste di per sé senza una carica elettrica. E se in un atomo elettricamente neutro le cariche elettriche sono compensate dalle cariche dei nuclei, allora quelle magnetiche possono essere orientate in una direzione e otterremo un magnete. Per una comprensione più profonda di questo - nell'articolo .

La direzione in cui è diretto il momento magnetico di un elettrone si chiama spin. Quelli. rotazione - una manifestazione del metodo di sovrapposizione di un'onda di deformazione elettrica su se stessa con la formazione di un'onda stazionaria. Il valore numerico dello spin corrisponde alla caratteristica della sovrapposizione dell'onda su se stessa Per un elettrone: +1/2 o -1/2 (il segno simboleggia la direzione dello spostamento laterale della polarizzazione - il "magnetico" vettore).

Se c'è un elettrone sullo strato di elettroni esterno di un atomo e improvvisamente un altro si unisce ad esso (formazione legame covalente), quindi, come due magneti, entrano immediatamente in posizione 69, formando una configurazione accoppiata con un'energia di legame che deve essere rotta per separare nuovamente questi elettroni. Lo spin totale di una tale coppia è 0.

Lo spin è il parametro che gioca un ruolo importante quando si considerano gli stati entangled. Per un quanto elettromagnetico a propagazione libera, l'essenza del parametro condizionale "spin" è sempre la stessa: l'orientamento della componente magnetica del campo. Ma non è più statico e non porta all'emergenza momento magnetico. Per risolverlo, non è necessario un magnete, ma uno slot per polarizzatore.

Per seminare idee sugli entanglement quantistici, suggerisco di leggere un popolare e breve articolo di Alexei Levin: Passione in lontananza . Si prega di seguire il link e leggere prima di continuare :)

Quindi, parametri di misurazione specifici si realizzano solo durante la misurazione, e prima esistevano nella forma della distribuzione di probabilità che costituiva la statica degli effetti relativistici della dinamica di propagazione della polarizzazione del microcosmo visibile al macrocosmo. Comprendere l'essenza di ciò che sta accadendo nel mondo quantistico significa penetrare nelle manifestazioni di tali effetti relativistici, che di fatto conferiscono all'oggetto quantistico le proprietà di essere contemporaneamente in stati diversi fino al momento di una particolare misurazione.

Uno "stato entangled" è uno stato completamente deterministico di due particelle che hanno una dipendenza così identica dalla descrizione delle proprietà quantistiche che appaiono correlazioni coerenti ad entrambe le estremità, a causa delle peculiarità dell'essenza della statica quantistica, che hanno un comportamento coerente. Contrariamente alla statistica macro, nella statistica quantistica è possibile preservare tali correlazioni per oggetti che sono separati nello spazio e nel tempo e precedentemente coordinati in termini di parametri. Ciò si manifesta nelle statistiche sull'adempimento delle disuguaglianze di Bell.

Qual è la differenza tra la funzione d'onda (la nostra descrizione astratta) degli elettroni districati di due atomi di idrogeno (nonostante il fatto che i suoi parametri siano numeri quantici generalmente accettati)? Niente, tranne che lo spin dell'elettrone spaiato è casuale senza violare le disuguaglianze di Bell. Nel caso della formazione di un orbitale sferico accoppiato nell'atomo di elio, o nei legami covalenti di due atomi di idrogeno, con la formazione di un orbitale molecolare generalizzato da due atomi, i parametri dei due elettroni risultano essere reciprocamente coerenti . Se gli elettroni entangled vengono divisi e iniziano a muoversi in direzioni diverse, la loro funzione d'onda contiene un parametro che descrive lo spostamento della densità di probabilità nello spazio dal tempo: la traiettoria. E questo non significa affatto che la funzione sia sparpagliata nello spazio, semplicemente perché la probabilità di trovare un oggetto diventa zero a una certa distanza da esso, e nulla rimane indietro per indicare la probabilità di trovare un elettrone. Ciò è tanto più ovvio nel caso in cui la coppia sia distanziata nel tempo. Quelli. ci sono due descrittori locali e indipendenti di particelle che si muovono in direzioni opposte. Sebbene sia ancora possibile utilizzare un descrittore generale, è diritto di chi formalizza :)

Inoltre, l'ambiente delle particelle non può rimanere indifferente ed è anche soggetto a modifica: i descrittori della funzione d'onda delle particelle dell'ambiente cambiano e partecipano alla statistica quantistica risultante dalla loro influenza (dando origine a fenomeni come la decoerenza). Ma di solito non viene mai in mente a nessuno di descrivere questa come una funzione d'onda generale, sebbene anche questo sia possibile.

In molte fonti puoi conoscere in dettaglio questi fenomeni.

MB Mensky scrive:

"Uno degli scopi di questo articolo... è quello di sostanziare il punto di vista secondo cui esiste una formulazione della meccanica quantistica in cui non sorgono paradossi e all'interno della quale si può rispondere a tutte le domande che solitamente i fisici si pongono. I paradossi sorgono solo quando il ricercatore non è soddisfatto di questo livello "fisico" della teoria, quando solleva questioni che non sono consuete in fisica, cioè quando si prende la libertà di cercare di andare oltre i limiti della fisica.. ...Le caratteristiche specifiche della meccanica quantistica associate agli stati entangled sono state inizialmente formulate in connessione con il paradosso EPR, ma al momento non sono percepite come paradossali. Per le persone che lavorano professionalmente con il formalismo della meccanica quantistica (cioè, per la maggior parte dei fisici), non c'è nulla di paradossale né nelle coppie EPR, né anche in stati entangled molto complessi con un largo numero termini e un gran numero di fattori in ogni termine. I risultati di qualsiasi esperimento con tali stati sono, in linea di principio, facili da calcolare (sebbene siano ovviamente possibili difficoltà tecniche nel calcolo di stati entangled complessi)."

Anche se, va detto, nel ragionamento sul ruolo della coscienza, scelta consapevole nella meccanica quantistica, Mensky risulta essere colui che prende " prenditi la libertà di cercare di andare oltre la fisica". Questo ricorda i tentativi di avvicinarsi ai fenomeni della psiche. Come professionista quantistico, Mensky è bravo, ma nei meccanismi della psiche lui, come Penrose, è ingenuo.

Molto brevemente e in modo condizionale (solo per coglierne l'essenza) sull'uso degli stati entangled nella crittografia quantistica e nel teletrasporto (perché questo è ciò che colpisce l'immaginazione di spettatori riconoscenti).

Quindi, crittografia. Devi inviare la sequenza 1001

Usiamo due canali. Sul primo avviamo una particella entangled, sul secondo - informazioni su come interpretare i dati ricevuti sotto forma di un bit.

Supponiamo che esista un possibile stato alternativo del parametro della meccanica quantistica utilizzato spin negli stati condizionali: 1 o 0. In questo caso, la probabilità che cadano con ciascuna coppia di particelle rilasciata è veramente casuale e non trasmette alcun significato a.

Primo trasferimento. Quando si misura qui si è scoperto che lo stato della particella è 1. Ciò significa che l'altra ha 0. Per farlo volume alla fine per ottenere l'unità richiesta, trasmettiamo il bit 1. Là misurano lo stato della particella e, per scoprire cosa significa, lo sommano all'1 trasmesso. Ottengono 1. Allo stesso tempo, controllano con il bianco che l'entanglement non sia stato rotto, cioè infa non viene intercettato.

Secondo trasferimento. È uscito di nuovo lo stato 1. L'altro ha 0. Passiamo le informazioni - 0. Lo sommiamo, otteniamo lo 0 richiesto.

Terza marcia. Lo stato qui è 0. Lì, significa - 1. Per ottenere 0, passiamo 0. Aggiungiamo, otteniamo 0 (nel bit meno significativo).

Il quarto. Qui - 0, là - 1, è necessario che venga interpretato come 1. Passiamo informazioni - 0.

Qui in questo principio. L'intercettazione del canale info è inutile a causa di una sequenza completamente non correlata (crittografia con la chiave di stato della prima particella). Intercettazione di un canale aggrovigliato: interrompe la ricezione e viene rilevato. Le statistiche di trasmissione da entrambe le estremità (l'estremità ricevente ha tutti i dati necessari sull'estremità trasmessa) secondo Bell determina la correttezza e la non intercettazione della trasmissione.

Questo è ciò che riguarda il teletrasporto. Non c'è un'imposizione arbitraria di uno stato su una particella, ma solo una previsione di quale sarà questo stato dopo (e solo dopo) che la particella è stata rimossa dalla connessione mediante misurazione. E poi dicono, tipo, che c'è stato un trasferimento di uno stato quantistico con la distruzione dello stato complementare al punto di partenza. Avendo ricevuto informazioni sullo stato qui, si può in un modo o nell'altro correggere il parametro della meccanica quantistica in modo che risulti identico a quello qui, ma non sarà più qui, e si parla del divieto di clonazione in uno stato vincolato.

Sembra che nessun analogo di questi fenomeni nel macrocosmo, niente palline, mele, ecc. da meccanica classica non può servire a interpretare la manifestazione di tale natura degli oggetti quantistici (infatti non ci sono ostacoli fondamentali a questo, che verranno mostrati di seguito nel link finale). Questa è la difficoltà principale per chi vuole avere una "spiegazione" visibile. Ciò non significa che una cosa del genere non sia concepibile, come talvolta si sostiene. Ciò significa che è necessario lavorare in modo piuttosto scrupoloso sulle rappresentazioni relativistiche, che svolgono un ruolo decisivo nel mondo quantistico e connettono il mondo dei quanti con il mondo macro.

Ma neanche questo è necessario. Ricordiamo il compito principale della rappresentazione: quale dovrebbe essere la legge di materializzazione del parametro misurato (che è descritto dalla funzione d'onda), in modo che la disuguaglianza non venga violata a ciascuna estremità e con statistiche comuni da entrambe le estremità è violato. Ci sono molte interpretazioni per capirlo usando astrazioni ausiliarie. Parlano della stessa cosa lingue differenti tali astrazioni. Di questi, due sono i più significativi in ​​termini di correttezza condivisa tra i portatori di rappresentazioni. Spero che dopo quanto detto sia chiaro cosa si intende :)

Interpretazione di Copenaghen da un articolo sul paradosso Einstein-Podolsky-Rosen:

" (EPR-paradosso) - un apparente paradosso... Immaginiamo infatti che su due pianeti in parti diverse della Galassia ci siano due monete che cadono sempre allo stesso modo. Se registri i risultati di tutti i lanci e poi li confronti, corrisponderanno. Le gocce stesse sono casuali, non possono essere influenzate in alcun modo. È impossibile, ad esempio, concordare sul fatto che un'aquila sia un'unità e una coda sia uno zero, e quindi trasmettere un codice binario. Dopotutto, la sequenza di zeri e uno sarà casuale su entrambe le estremità del filo e non avrà alcun significato.

Si scopre che il paradosso ha una spiegazione logicamente compatibile sia con la teoria della relatività che con la meccanica quantistica.

Si potrebbe pensare che questa spiegazione sia troppo poco plausibile. È così strano che Albert Einstein non abbia mai creduto in un "dio che gioca a dadi". Ma attenti test sperimentali sulle disuguaglianze di Bell hanno dimostrato che ci sono incidenti non locali nel nostro mondo.

È importante sottolineare una conseguenza di questa logica già menzionata: le misurazioni su stati entangled solo allora non violeranno la teoria della relatività e della causalità se sono veramente casuali. Non dovrebbe esserci alcun collegamento tra le circostanze della misurazione e il disturbo, nemmeno la minima regolarità, perché altrimenti ci sarebbe la possibilità di una trasmissione istantanea dell'informazione. Pertanto, la meccanica quantistica (nell'interpretazione di Copenaghen) e l'esistenza di stati entangled dimostrano l'esistenza dell'indeterminismo in natura."

In un'interpretazione statistica, ciò è mostrato attraverso il concetto di "insiemi statistici" (lo stesso):

Dal punto di vista dell'interpretazione statistica, i veri oggetti di studio della meccanica quantistica non sono singoli microoggetti, ma insiemi statistici di microoggetti che si trovano nelle stesse macro condizioni. Di conseguenza, la frase "la particella è in questo e tale stato" significa in realtà "la particella appartiene a tale e tale insieme statistico" (costituito da molte particelle simili). Pertanto, la scelta dell'uno o dell'altro sottoinsieme nell'insieme iniziale cambia significativamente lo stato della particella, anche se non vi è stato alcun impatto diretto su di essa.

Come semplice illustrazione, considera il seguente esempio. Prendiamo 1000 monete colorate e buttiamole su 1000 fogli di carta. La probabilità che un "aquila" venga stampata su un foglio scelto a caso è 1/2. Nel frattempo, per fogli su cui le monete sono "croce" in su, la stessa probabilità è 1 - cioè abbiamo l'opportunità di stabilire indirettamente il natura della stampa su carta, guardando non al foglio stesso, ma solo alla moneta. Tuttavia, l'insieme associato a tale "misurazione indiretta" è completamente diverso da quello originale: non contiene più 1000 fogli di carta, ma solo circa 500!

Pertanto, la confutazione della relazione di incertezza nel “paradosso” EPR sarebbe valida solo se per l'insieme originale fosse possibile selezionare contemporaneamente un sottoinsieme non vuoto sia sulla base della quantità di moto che sulla base delle coordinate spaziali. Ma è proprio l'impossibilità di una tale scelta ad essere affermata dalla relazione di incertezza! In altre parole, il “paradosso” dell'EPR si rivela in realtà un circolo vizioso: presuppone la falsità del fatto confutato.

Variante con un "segnale superluminale" da una particella UN ad una particella B si basa anche sull'ignorare il fatto che le distribuzioni di probabilità dei valori delle quantità misurate non caratterizzano una coppia specifica di particelle, ma un insieme statistico contenente un numero enorme di tali coppie. Qui, come una situazione simile, possiamo considerare la situazione in cui una moneta colorata viene lanciata su un foglio al buio, dopodiché il foglio viene estratto e rinchiuso in una cassaforte. La probabilità che un "aquila" sia impressa su un foglio è a priori 1/2 e il fatto che diventi immediatamente 1 se accendiamo la luce e ci assicuriamo che la moneta sia "croce" non indica affatto la capacità del nostro sguardo di appannarsi per influenzare in modo immaginario gli oggetti rinchiusi nella cassaforte.

Di più: Interpretazioni di AA Pechenkin Ensemble della meccanica quantistica negli Stati Uniti e nell'URSS.

E un'altra interpretazione da http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm :

L'interpretazione modale di Van Fraassen parte dal fatto che lo stato di un sistema fisico cambia solo causalmente, cioè secondo l'equazione di Schrödinger, tuttavia, questo stato non determina in modo inequivocabile i valori delle grandezze fisiche riscontrate durante la misurazione.

Popper fornisce qui il suo esempio preferito: un biliardo per bambini (una tavola rivestita di aghi, su cui una palla di metallo, che simboleggia un sistema fisico, rotola dall'alto - il biliardo stesso simboleggia un dispositivo sperimentale). Quando la palla è in cima al biliardo, abbiamo una disposizione, una propensione a raggiungere un punto in fondo al tabellone. Se sistemavamo la palla da qualche parte nel mezzo del tabellone, cambiavamo le specifiche dell'esperimento e ottenevamo una nuova predisposizione. L'indeterminismo quantomeccanico è qui conservato integralmente: Popper afferma che il biliardo non è un sistema meccanico. Non siamo in grado di tracciare la traiettoria della palla. Ma la “riduzione del pacchetto d'onda” non è un atto di osservazione soggettiva, è una ridefinizione consapevole della situazione sperimentale, un restringimento delle condizioni dell'esperienza.

Per riassumere i fatti

1. Nonostante l'assoluta casualità della perdita di un parametro quando si misura in una massa di coppie di particelle aggrovigliate, ciascuna di queste coppie mostra consistenza: se una particella in una coppia risulta avere spin 1, allora l'altra particella in una coppia ha la rotazione opposta. Questo è comprensibile in linea di principio: poiché in uno stato accoppiato non possono esserci due particelle che hanno lo stesso spin nello stesso stato energetico, quando si dividono, se viene preservata la consistenza, gli spin sono ancora coerenti. Non appena viene determinato lo spin di uno, lo spin dell'altro diventerà noto, nonostante il fatto che la casualità dello spin nelle misurazioni da entrambi i lati sia assoluta.

Permettetemi di chiarire brevemente l'impossibilità di stati completamente identici di due particelle in un luogo nello spazio-tempo, che nel modello della struttura guscio di elettroni dell'atomo è chiamato principio di Pauli, e nella considerazione quantomeccanica degli stati coerenti - il principio dell'impossibilità di clonare oggetti entangled.

C'è qualcosa (finora sconosciuto) che impedisce davvero a un quanto o alla sua particella corrispondente di trovarsi in uno stato locale con un altro - completamente identico nei parametri quantistici. Ciò si realizza, ad esempio, nell'effetto Casimir, quando i quanti virtuali tra le lastre possono avere una lunghezza d'onda non superiore allo spazio vuoto. E questo è particolarmente evidente nella descrizione di un atomo, quando gli elettroni di un dato atomo non possono avere parametri identici in tutto, che è assiomaticamente formalizzato dal principio di Pauli.

Sul primo strato più vicino si trovano solo 2 elettroni a forma di sfera (S-elettroni). Se ce ne sono due, allora hanno giri diversi e sono accoppiati (aggrovigliati), formando un'onda comune con l'energia di legame che deve essere applicata per rompere questa coppia.

Nel secondo livello, più distante e più energico, possono esserci 4 "orbitali" di due elettroni accoppiati sotto forma di un'onda stazionaria a forma di otto volume (elettroni p). Quelli. maggiore energia i occupa più spazio e permette a più coppie accoppiate di coesistere. Dal primo strato, il secondo differisce energeticamente per 1 possibile stato energetico discreto (più elettroni esterni, che descrivono una nuvola spazialmente più grande, hanno anche un'energia maggiore).

Il terzo strato consente già spazialmente di avere 9 orbite a forma di quadrifoglio (d-elettroni), il quarto - 16 orbite - 32 elettroni, il modulo che assomigliano anche agli otto del volume in diverse combinazioni ( f-elettroni).

Forme di nubi di elettroni:

a – s-elettroni; b – elettroni p; c – d-elettroni.

Un tale insieme di stati discretamente diversi - numeri quantici - caratterizza i possibili stati locali degli elettroni. Ed ecco cosa ne viene fuori.

Quando due elettroni con spin diversiunolivello di energia (sebbene ciò non sia fondamentalmente necessario: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) coppia, si forma quindi un comune "orbitale molecolare" con un livello di energia ridotto dovuto all'energia e al legame. Due atomi di idrogeno, ciascuno con un elettrone spaiato, formano una sovrapposizione comune di questi elettroni: un legame (semplice covalente). Finché esiste - veramente due elettroni hanno una dinamica coordinata comune - una funzione d'onda comune. Per quanto? La "temperatura" o qualcos'altro che può compensare l'energia del legame lo spezza. Gli atomi volano via con elettroni che non hanno più un'onda comune, ma ancora in uno stato di entanglement complementare e reciprocamente coerente. Ma non c'è più connessione :) Ecco il momento in cui non vale più la pena parlare della funzione d'onda generale, anche se le caratteristiche probabilistiche in termini di meccanica quantistica rimangono le stesse come se questa funzione continuasse a descrivere l'onda generale. Questo significa solo la conservazione della capacità di visualizzare una correlazione coerente.

Il metodo per ottenere elettroni entangled attraverso la loro interazione è descritto: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.html o popolarmente-schematicamente - in http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " Per creare una "relazione di incertezza" per gli elettroni, ovvero per "confonderli", è necessario assicurarsi che siano identici sotto tutti gli aspetti, quindi sparare questi elettroni al divisore di fascio (divisore di fascio). Il meccanismo "divide" ciascuno degli elettroni, portandoli in uno stato quantistico di "sovrapposizione", a seguito del quale l'elettrone si muoverà lungo uno dei due percorsi con uguale probabilità.".

2. Con le statistiche di misurazione su entrambi i lati, la coerenza reciproca della casualità a coppie può portare a una violazione della disuguaglianza di Bell in determinate condizioni. Ma non attraverso l'uso di un'essenza meccanica quantistica speciale, ma sconosciuta.

Il seguente piccolo articolo (basato sulle idee esposte da R.Pnrose) permette di tracciare (mostrare il principio, esempio) come ciò sia possibile: Relatività delle disuguaglianze di Bell o La nuova mente del re nudo. Ciò è dimostrato anche nel lavoro di AV Belinsky, pubblicato in Uspekhi fizicheskikh nauk: il teorema di Bell senza l'assunzione di località. Un altro lavoro di A.V. Belinsky per la riflessione da parte di coloro che sono interessati: il teorema di Bell per le osservabili tricotomiche, nonché una discussione con df-ms, prof., acad. Valery Borisovich Morozov (corifeo generalmente riconosciuto dei forum del Dipartimento di Fisica del FRTK-MIPT e dei "club"), dove Morozov propone all'esame entrambi questi lavori di A.V. Belinsky: Experience of Aspect: a question for Morozov. E per completare l'argomento sulla possibilità di violazioni delle disuguaglianze di Bell senza introdurre alcuna azione a lungo raggio: Bell's Inequality Modeling.

Attiro la vostra attenzione sul fatto che "Relatività delle disuguaglianze di Bell o la nuova mente del re nudo", così come "Teorema di Bell senza assunzione di località" nel contesto di questo articolo non pretendono di descrivere il meccanismo della meccanica quantistica intreccio. Il problema è mostrato nell'ultima frase del primo link: "Non c'è motivo di riferirsi alla violazione delle disuguaglianze di Bell come a una confutazione indiscutibile di qualsiasi modello di realismo locale". quelli. il limite del suo utilizzo è il teorema affermato all'inizio: "Potrebbero esserci modelli di località classica in cui si violano le disuguaglianze di Bell.". A proposito di questo - ulteriori spiegazioni nella discussione.

Porterò il mio modello.
La "violazione del realismo locale" è solo un effetto relativistico.
Nessuno (normale) contesta il fatto che per un sistema che si muove alla velocità limite (la velocità della luce nel vuoto) non c'è né spazio né tempo (la trasformazione di Lorentz in questo caso dà tempo e spazio zero), cioè per un quanto è sia qui che là, per quanto lontano possa essere lì.
È chiaro che i quanti entangled hanno il loro punto di partenza. E gli elettroni sono gli stessi quanti nello stato di un'onda stazionaria, cioè esistendo qua e là contemporaneamente per l'intera vita dell'elettrone. Tutte le proprietà dei quanti risultano essere predeterminate per noi, coloro che lo percepiamo dall'esterno, ecco perché. Alla fine siamo fatti di quanti che sono qua e là. Per loro, la velocità di propagazione dell'interazione (velocità limite) è infinitamente alta. Ma tutti questi infiniti sono diversi, così come in diverse lunghezze di segmenti, sebbene ognuno abbia un numero infinito di punti, ma il rapporto di questi infiniti dà il rapporto delle lunghezze. Così ci appaiono il tempo e lo spazio.
Per noi il realismo locale viene violato negli esperimenti, ma non per i quanti.
Ma questa discrepanza non intacca in alcun modo la realtà, perché non possiamo usare in pratica una velocità così infinita. Né le informazioni, né, in particolare la materia, vengono trasmesse all'infinito durante il "teletrasporto quantistico".
Quindi tutto questo è uno scherzo di effetti relativistici, niente di più. Possono essere usati nella crittografia quantistica o altro, né possono essere usati per una vera azione a lungo raggio.

Osserviamo visivamente l'essenza di ciò che mostrano le disuguaglianze di Bell.
1. Se l'orientamento dei misuratori su entrambe le estremità è lo stesso, la misurazione della rotazione su entrambe le estremità sarà sempre l'opposto.
2. Se l'orientamento dei metri è opposto, il risultato sarà lo stesso.
3. Se l'orientamento del misuratore sinistro differisce dall'orientamento di quello destro per meno di un certo angolo, allora verrà implementato il punto 1 e le coincidenze rientreranno nella probabilità prevista da Bell per le particelle indipendenti.
4. Se l'angolo supera, allora - il punto 2 e le partite saranno maggiori della probabilità prevista da Bell.

Quelli. con un angolo più piccolo, otterremo valori prevalentemente opposti degli spin e con un angolo maggiore, prevalentemente coincidenti.
Perché ciò avvenga con lo spin si può immaginare, tenendo presente che lo spin di un elettrone è un magnete, ed è anche misurato dall'orientamento del campo magnetico (o in un quanto libero, lo spin è la direzione di polarizzazione ed è misurato da l'orientamento del gap attraverso il quale deve cadere il piano di rotazione di polarizzazione).
È chiaro che inviando magneti che inizialmente erano collegati e mantenevano il loro orientamento reciproco quando inviati, noi campo magnetico quando misuriamo, li influenzeremo (girando in una direzione o nell'altra) allo stesso modo dei paradossi quantistici.
È chiaro che quando incontra un campo magnetico (compreso lo spin di un altro elettrone), lo spin si orienta necessariamente in accordo con esso (reciprocamente opposto nel caso dello spin di un altro elettrone). Pertanto, dicono che "l'orientamento della rotazione sorge solo durante la misurazione", ma allo stesso tempo dipende dalla sua posizione iniziale (in quale direzione ruotare) e dalla direzione di influenza del misuratore.
È chiaro che per questo non sono necessarie azioni a lungo raggio, così come non è necessario prescrivere tale comportamento nello stato iniziale delle particelle.
Ho motivo di credere che finora, quando si misura lo spin dei singoli elettroni, gli stati intermedi dello spin non vengono presi in considerazione, ma solo prevalentemente - lungo il campo di misura e contro il campo. Esempi di metodi: , . Vale la pena prestare attenzione alla data di sviluppo di questi metodi, che è successiva agli esperimenti sopra descritti.
Il modello di cui sopra è, ovviamente, semplificato (nei fenomeni quantistici, lo spin non è esattamente i magneti reali, sebbene siano loro che forniscono tutte le fenomeni magnetici) e non tiene conto di molte sfumature. Pertanto, non è una descrizione di un fenomeno reale, ma mostra solo un principio possibile. E mostra anche quanto sia brutto fidarsi semplicemente del formalismo descrittivo (formule) senza comprendere l'essenza di ciò che sta accadendo.
Allo stesso tempo, il teorema di Bell è corretto nella formulazione dell'articolo di Aspek: "è impossibile trovare una teoria con un parametro aggiuntivo che soddisfi descrizione generale che riproduce tutte le previsioni della meccanica quantistica." e per niente nella formulazione di Penrose: "si scopre che è impossibile riprodurre le previsioni della teoria quantistica in questo modo (non quantistico)." modelli, fatta eccezione per la meccanica quantistica esperimento, la violazione delle disuguaglianze di Bell non è possibile.

Si tratta di un esempio interpretativo alquanto esagerato, si potrebbe dire volgare, semplicemente per mostrare come si possa essere ingannati in tali risultati. Ma diamo un significato chiaro a ciò che Bell voleva dimostrare e ciò che effettivamente accade. Bell ha creato un esperimento che mostra che nell'entanglement non esiste un "algoritmo a" preesistente, una correlazione predeterminata (come insistevano in quel momento gli oppositori, dicendo che ci sono alcuni parametri nascosti che determinano tale correlazione). E poi le probabilità nei suoi esperimenti dovrebbero essere superiori alla probabilità di un processo davvero casuale (perché è ben descritto di seguito).
MA in effetti, hanno semplicemente le stesse dipendenze probabilistiche. Cosa significa? Ciò significa che non esiste una connessione predeterminata e predeterminata tra la fissazione di un parametro da parte di una misurazione, ma un tale risultato di fissazione deriva dal fatto che i processi hanno la stessa funzione di probabilità (complementare) (che, in generale, deriva direttamente da concetti di meccanica quantistica), è la realizzazione di un parametro durante la fissazione, che non è stato definito per l'assenza di spazio e tempo nel suo "quadro di riferimento" a causa della massima dinamica possibile della sua esistenza (l'effetto relativistico formalizzato da Lorentz trasformazioni, vedi Vuoto, quanti, materia).

È così che Brian Green descrive l'essenza metodologica dell'esperienza di Bell nel suo libro The Fabric of the Cosmos. Da lui ognuno dei due giocatori ha ricevuto molte scatole, ciascuna con tre porte. Se il primo giocatore apre la stessa porta del secondo in una scatola con lo stesso numero, lampeggia con la stessa luce: rossa o blu.
Il primo giocatore, Scully presume che ciò sia assicurato dal programma di colori dei flash incorporato in ogni coppia, a seconda della porta, il secondo giocatore Mulder crede che i flash seguano con uguale probabilità, ma sono in qualche modo collegati (da un'azione a lungo raggio non locale ). Secondo il secondo giocatore, l'esperienza decide tutto: se il programma lo è, allora la probabilità che gli stessi colori vengano aperti casualmente quando si aprono porte diverse dovrebbe essere superiore al 50%, contrariamente alla verità probabilità casuale. Ha fatto un esempio perché:
Giusto per ragioni di concretezza, immaginiamo che il programma per la sfera in una scatola separata produca i colori blu (1a porta), blu (2a porta) e rosso (3a porta). Ora, poiché entrambi scegliamo una delle tre porte, ci sono un totale di nove possibili combinazioni di porte che possiamo scegliere di aprire per questa scatola. Ad esempio, posso scegliere l'anta superiore del mio box, mentre tu puoi scegliere l'anta laterale del tuo box; oppure posso scegliere la porta d'ingresso e tu puoi scegliere la porta in alto; e così via."
"Oh certo." Scully balzò in piedi. “Se chiamiamo la porta superiore 1, la porta laterale 2 e la porta anteriore 3, le nove possibili combinazioni di porte sono solo (1,1), (1,2), (1,3), (2,1 ), (2.2), (2.3), (3.1), (3.2) e (3.3)."
"Sì, è vero," continua Mulder. - "Ora il punto importante: di queste nove possibilità, notiamo che cinque combinazioni di porte - (1.1), (2.2), (3.3), (1.2) e (2.1) - portano al risultato che vediamo le sfere nelle nostre scatole lampeggiano gli stessi colori.
Le prime tre combinazioni di ante sono quelle in cui scegliamo le stesse ante e, come sappiamo, questo porta sempre al fatto che vediamo gli stessi colori. Le altre due combinazioni di porte (1,2) e (2,1) danno come risultato gli stessi colori perché il programma prevede che le sfere lampeggeranno dello stesso colore - blu - se la porta 1 o la porta 2 è aperta. Quindi, poiché 5 è maggiore della metà di 9, ciò significa che per più della metà - più del 50 percento - delle possibili combinazioni di porte che possiamo scegliere di aprire, le sfere lampeggeranno dello stesso colore".
"Ma aspetta," protesta Scully. "Questo è solo un esempio di un programma speciale: blu, blu, rosso. Nella mia spiegazione, ho ipotizzato che scatole con numeri diversi potessero e generalmente avrebbero programmi diversi".
"Davvero, non importa. La conclusione vale per tutti i possibili programmi.

E questo è effettivamente il caso se abbiamo a che fare con un programma. Ma questo non è affatto il caso se abbiamo a che fare con dipendenze casuali per molti esperimenti, ma ciascuno di questi incidenti ha la stessa forma in ogni esperimento.
Nel caso degli elettroni, quando inizialmente erano legati in una coppia, che assicura i loro spin completamente dipendenti (reciprocamente opposti) e dispersi, questa interdipendenza, ovviamente, è completamente preservata quadro generale la vera probabilità di cadere e nel fatto che è impossibile dire in anticipo come si siano sviluppati gli spin di due elettroni di una coppia prima di determinarne uno, ma essi "già" (se così posso dire in relazione a qualcosa che non ha le proprie metriche di tempo e spazio) hanno una certa posizione relativa.

Più avanti nel libro di Brian Green:
c'è un modo per esaminare se siamo entrati inavvertitamente in conflitto con SRT. La proprietà comune della materia e dell'energia è che, essendo trasferite da un luogo all'altro, possono trasmettere informazioni. I fotoni, che viaggiano da una stazione di trasmissione radio al ricevitore, trasportano informazioni. Gli elettroni, che viaggiano attraverso i cavi di Internet fino al tuo computer, trasportano informazioni. In ogni situazione in cui qualcosa, anche qualcosa di non identificato, dovrebbe muoversi più velocemente della velocità della luce, un test infallibile consiste nel chiedere se trasmette, o almeno può trasmettere, informazioni. Se la risposta è no, passa il ragionamento standard che nulla supera la velocità della luce e SRT rimane incontrastato. In pratica, i fisici usano spesso questo test per determinare se qualche processo sottile viola le leggi della relatività speciale. Niente è sopravvissuto a questo test.

Per quanto riguarda l'approccio di R. Penrose e eccetera. interpreti, quindi dal suo lavoro Penrouz.djvu cercherò di evidenziare quell'atteggiamento fondamentale (visione del mondo) che porta direttamente a visioni mistiche sulla non località (con i miei commenti - colore nero):

Era necessario trovare un modo che ci permettesse di separare la verità dalle ipotesi in matematica - una procedura formale, usando la quale si potesse dire con certezza se una data affermazione matematica è vera o meno. (obiezione vedi Metodo e Verità di Aristotele, criteri di verità). Finché questo problema non sarà adeguatamente risolto, difficilmente si può sperare seriamente di riuscire a risolvere altri problemi molto più complessi - quelli che riguardano la natura delle forze che muovono il mondo, indipendentemente dal rapporto che queste stesse forze possono avere con la verità matematica. La consapevolezza che la matematica inconfutabile è la chiave per comprendere l'universo è forse la prima delle scoperte più importanti nella scienza in generale. Anche gli antichi egizi e i babilonesi ipotizzavano verità matematiche di vario genere, ma la prima pietra alla base della comprensione matematica...
... le persone per la prima volta hanno avuto l'opportunità di formulare affermazioni affidabili e ovviamente inconfutabili - affermazioni la cui verità è fuori dubbio anche oggi, nonostante il fatto che la scienza abbia fatto molti passi avanti da quei tempi. Per la prima volta, la natura veramente senza tempo della matematica è stata rivelata alle persone.
Che cos'è una dimostrazione matematica? In matematica, una dimostrazione è un ragionamento impeccabile che utilizza solo le tecniche della logica pura. (la logica pura non esiste. La logica è una formalizzazione assiomatica di schemi e relazioni che si trovano in natura) permettendo di trarre una conclusione inequivocabile sulla validità di una o di un'altra affermazione matematica sulla base della validità di qualsiasi altra affermazione matematica, sia prestabilita in modo simile, sia che non richieda alcuna dimostrazione (proposizioni elementari speciali, la verità di che, nell'opinione generale, è di per sé evidente, sono detti assiomi) . Una proposizione matematica dimostrata è solitamente chiamata teorema. È qui che non lo capisco: in fondo ci sono teoremi semplicemente affermati ma non provati.
... I concetti matematici oggettivi dovrebbero essere rappresentati come oggetti senza tempo; non si dovrebbe pensare che la loro esistenza inizi nel momento in cui appaiono in una forma o nell'altra nell'immaginazione umana.
... Quindi, l'esistenza matematica differisce non solo dall'esistenza del fisico, ma anche dall'esistenza di cui la nostra percezione cosciente è in grado di dotare l'oggetto. Tuttavia, è chiaramente connesso con le ultime due forme di esistenza, cioè con l'esistenza fisica e mentale. la connessione è abbastanza concetto fisico Cosa significa qui Penrose?- e le relative connessioni sono tanto fondamentali quanto misteriose.
Riso. 1.3. Tre "mondi" - matematico platonico, fisico e mentale - e tre enigmi fondamentali che li collegano...
... Quindi, secondo quello mostrato in fig. 1.3, l'intero mondo fisico è controllato da leggi matematiche. Nei capitoli successivi del libro, vedremo che ci sono prove forti (sebbene incomplete) a sostegno di questo punto di vista. Se crediamo a questa evidenza, allora dobbiamo ammettere che tutto ciò che esiste nell'universo fisico, fin nei minimi dettagli, è effettivamente governato da precisi principi matematici - forse equazioni. Eccomi qui a crogiolarmi tranquillamente....
...Se è così, allora le nostre azioni fisiche sono completamente e completamente subordinate a tale controllo matematico universale, sebbene questo "controllo" consenta ancora una certa casualità nel comportamento, controllata da rigorosi principi probabilistici.
Molte persone iniziano a sentirsi molto a disagio con tali presupposti; Devo ammettere che questi pensieri causano una certa ansia per me e per me stesso.
... Forse, in un certo senso, i tre mondi non sono affatto entità separate, ma riflettono solo vari aspetti di una VERITÀ più fondamentale (ho sottolineato) che descrive il mondo nel suo insieme - una verità di cui al momento non conosciamo avere il minimo concetto. - pulire Mistico....
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Si scopre anche che ci sono regioni sullo schermo che sono inaccessibili alle particelle emesse dalla sorgente, nonostante il fatto che le particelle potrebbero entrare con successo in queste regioni quando solo una delle fenditure era aperta! Sebbene i punti compaiano sullo schermo uno alla volta in posizioni localizzate, e sebbene ogni incontro di una particella con uno schermo possa essere associato a un certo atto di emissione di particelle da parte della sorgente, il comportamento della particella tra la sorgente e lo schermo , inclusa l'ambiguità associata alla presenza di due fessure nella barriera, è simile al comportamento di un'onda, in cui l'onda Quando una particella entra in collisione con uno schermo, rileva entrambe le fenditure contemporaneamente. Inoltre (e questo è particolarmente importante per i nostri scopi immediati), la distanza tra le frange sullo schermo corrisponde alla lunghezza d'onda A della nostra onda particella, correlata alla quantità di moto p della particella dalla precedente formula XXXX.
Tutto questo è del tutto possibile, dirà uno scettico dalla mente sobria, ma questo non ci costringe ancora a fare un'identificazione così assurda della quantità di moto con un qualche tipo di operatore! Sì, è proprio quello che voglio dire: un operatore è solo un formalismo per descrivere un fenomeno all'interno di un determinato quadro, e non un'identità con il fenomeno.
Certo, non ci costringe, ma dovremmo allontanarci da un miracolo quando ci appare?! Qual è questo miracolo? È un miracolo che questa apparente assurdità del fatto sperimentale (le onde si rivelano particelle e le particelle si rivelano onde) possa essere introdotta nel sistema con l'aiuto di un bel formalismo matematico in cui la quantità di moto è effettivamente identificata con " differenziazione rispetto alla coordinata" ed energia con "differenziazione temporale.
... Tutto questo va bene, ma per quanto riguarda il vettore di stato? Cosa ti impedisce di riconoscere che rappresenta la realtà? Perché i fisici sono spesso estremamente riluttanti ad assumere una tale posizione filosofica? Non solo i fisici, ma coloro che hanno tutto in ordine con una visione del mondo olistica e non sono inclini a essere indotti a ragionamenti sottodeterminati.
.... Se lo desideri, puoi immaginare che la funzione d'onda di un fotone lasci la sorgente sotto forma di un pacchetto d'onda chiaramente definito di piccole dimensioni, quindi, dopo l'incontro con il divisore di fascio, viene diviso in due parti, uno dei quali viene riflesso dallo splitter e l'altro lo attraversa, ad esempio, in direzione perpendicolare. In entrambi, abbiamo fatto dividere la funzione d'onda in due parti nel primo divisore di raggio... Assioma 1: Il quanto non è divisibile. Una persona che parla delle metà di un quanto al di fuori della sua lunghezza d'onda è percepita da me con non meno scetticismo di una persona che crea un nuovo universo ad ogni cambiamento nello stato del quanto. Assioma 2: il fotone non cambia la sua traiettoria, e se è cambiata, allora questa è la riemissione del fotone da parte dell'elettrone. Perché un quanto non è una particella elastica e non c'è nulla da cui rimbalzerebbe. Per qualche ragione, in tutte le descrizioni di tali esperienze si evita di menzionare queste due cose, sebbene abbiano un significato più basilare degli effetti che vengono descritti. Non capisco perché Penrose lo dice, deve sapere dell'indivisibilità del quanto, inoltre, lo ha menzionato nella descrizione a due fenditure. In tali casi miracolosi si deve comunque cercare di rimanere nell'ambito degli assiomi di base, e se entrano in conflitto con l'esperienza, questa è un'occasione per riflettere più attentamente sulla metodologia e sull'interpretazione.
Accettiamo per ora, almeno come modello matematico del mondo quantistico, questa è una curiosa descrizione secondo la quale uno stato quantistico evolve per un certo tempo sotto forma di una funzione d'onda, solitamente "spalmata" nello spazio (ma con la capacità di focalizzare in un'area più limitata), e poi , quando viene eseguita una misurazione, questo stato si trasforma in qualcosa di localizzato e ben definito.
Quelli. parla seriamente della possibilità di imbrattare qualcosa per diversi anni luce con la possibilità di un cambiamento reciproco istantaneo. Questo può essere rappresentato in modo puramente astratto - come la conservazione di una descrizione formalizzata su ciascuno dei lati, ma non nella forma di una sorta di entità reale, rappresentata dalla natura del quanto. Ecco una chiara continuità dell'idea della realtà dell'esistenza dei formalismi matematici.

Questo è il motivo per cui prendo sia Penrose che altri fisici simili promisticamente pensanti in modo molto scettico, nonostante la loro autorità molto forte ...

Nel libro S. Weinberg Sogni di una teoria finale:
La filosofia della meccanica quantistica è così irrilevante per il suo uso effettivo che si comincia a sospettare che tutte le domande profonde sul significato della misurazione siano in realtà vuote, generate dall'imperfezione del nostro linguaggio, che è stato creato in un mondo praticamente governato dalle leggi della fisica classica.

Nell'articolo Cos'è la località e perché non si trova nel mondo quantistico? , dove il problema è riassunto sulla base dei recenti eventi da Alexander Lvovsky, dipendente dell'RCC e professore all'Università di Calgary:
La nonlocalità quantistica esiste solo nell'ambito dell'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica. In accordo con esso, quando si misura uno stato quantistico, collassa. Se prendiamo come base l'interpretazione a molti mondi, che dice che la misurazione di uno stato estende solo la sovrapposizione all'osservatore, allora non c'è non località. Questa è solo l'illusione di un osservatore che "non sa" di essere entrato in uno stato entangled con una particella all'estremità opposta della linea quantistica.

Alcune conclusioni dall'articolo e la sua discussione già esistente.
Ci sono molte interpretazioni al momento. diversi livelli elaborazione, cercando non solo di descrivere il fenomeno dell'entanglement e altri "effetti non locali", ma di descrivere ipotesi sulla natura (meccanismi) di questi fenomeni, ad es. ipotesi. Prevale inoltre l'opinione che sia impossibile immaginare qualcosa in questo ambito tematico, ma è possibile fare affidamento solo su determinate formalizzazione.
Tuttavia, queste stesse formalizzazione possono mostrare con circa la stessa persuasività tutto ciò che l'interprete vuole, fino a descrivere l'emergere di un nuovo universo ogni volta, nel momento dell'incertezza quantistica. E poiché tali momenti sorgono durante l'osservazione, porta la coscienza - come partecipante diretto ai fenomeni quantistici.
Per una motivazione dettagliata - perché questo approccio sembra completamente sbagliato - vedere l'articolo Euristica.
Quindi, ogni volta che un altro simpatico matematico inizia a dimostrare qualcosa come l'unità della natura di due fenomeni completamente diversi in base alla somiglianza della loro descrizione matematica (beh, ad esempio, questo è fatto seriamente con la legge di Coulomb e la legge di gravità di Newton) o "spiega" entanglement quantistico per "dimensione" speciale senza immaginare la sua vera incarnazione (o l'esistenza di meridiani nel formalismo di me terrestri), lo terrò pronto :)

L'entanglement quantistico è un fenomeno quantomeccanico che ha iniziato a essere studiato in pratica relativamente di recente, negli anni '70. Consiste nel seguente. Immagina che come risultato di un evento, due fotoni siano nati contemporaneamente. Una coppia di fotoni quantistici può essere ottenuta, ad esempio, illuminando un laser con determinate caratteristiche su un cristallo non lineare. I fotoni generati in una coppia possono avere frequenze (e lunghezze d'onda) diverse, ma la somma delle loro frequenze è uguale alla frequenza dell'eccitazione originale. Hanno anche polarizzazioni ortogonali nella base reticolo cristallino che facilita la loro separazione spaziale. Quando una coppia di particelle nasce, devono essere osservate le leggi di conservazione, il che significa che le caratteristiche totali (polarizzazione, frequenza) di due particelle hanno un valore pre-conosciuto e rigorosamente definito. Ne consegue che, conoscendo le caratteristiche di un fotone, possiamo sicuramente scoprire le caratteristiche di un altro. Secondo i principi della meccanica quantistica, fino al momento della misurazione, la particella si trova in una sovrapposizione di diversi stati possibili, e durante la misurazione, la sovrapposizione viene rimossa e la particella si trova in uno stato. Se analizziamo molte particelle, in ogni stato ci sarà una certa percentuale di particelle corrispondente alla probabilità di questo stato nella sovrapposizione.

Ma cosa succede alla sovrapposizione di stati di particelle entangled nel momento in cui si misura lo stato di una di esse? Il paradosso e la controintuitività dell'entanglement quantistico sta nel fatto che la caratteristica del secondo fotone è determinata esattamente nel momento in cui abbiamo misurato la caratteristica del primo. No, questa non è una costruzione teorica, questa è la cruda verità del mondo circostante, confermata sperimentalmente. Sì, implica la presenza di un'interazione, che tradisce a una velocità infinitamente alta, superando anche la velocità della luce. Come utilizzarlo a beneficio dell'umanità non è ancora molto chiaro. Ci sono idee per applicazioni per l'informatica quantistica, la crittografia e la comunicazione.

Gli scienziati di Vienna sono riusciti a sviluppare una tecnica di imaging completamente nuova ed estremamente controintuitiva basata sulla natura quantistica della luce. Nel loro sistema, l'immagine è formata dalla luce che non ha mai interagito con l'oggetto. La tecnologia si basa sul principio dell'entanglement quantistico. Un articolo su questo è stato pubblicato sulla rivista Nature. Lo studio ha coinvolto dipendenti dell'Istituto per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica (IQOQI), il Centro di Vienna per la scienza e la tecnologia quantistica (VCQ) e l'Università di Vienna.

Nell'esperimento degli scienziati viennesi, uno della coppia di fotoni entangled aveva una lunghezza d'onda nella parte infrarossa dello spettro, ed è stato lui a passare attraverso il campione. Suo fratello aveva una lunghezza d'onda corrispondente alla luce rossa e poteva essere rilevato dalla telecamera. Il raggio di luce generato dal laser è stato diviso in due metà e le metà sono state dirette a due cristalli non lineari. L'oggetto è stato posto tra due cristalli. Era una sagoma scolpita di un gatto - in onore del personaggio dell'esperimento speculativo Erwin Schrödinger, che era già migrato al folklore. Un raggio infrarosso di fotoni del primo cristallo è stato diretto verso di esso. Quindi questi fotoni sono passati attraverso il secondo cristallo, dove i fotoni che sono passati attraverso l'immagine del gatto si sono mescolati con i fotoni infrarossi appena nati così che era del tutto impossibile capire in quale dei due cristalli fossero nati. Inoltre, la fotocamera non ha rilevato affatto i fotoni a infrarossi. Entrambi i fasci di fotoni rossi sono stati combinati e inviati a un dispositivo ricevente. Si è scoperto che grazie all'effetto dell'entanglement quantistico, hanno memorizzato tutte le informazioni sull'oggetto necessarie per creare un'immagine.

Un esperimento ha portato a risultati simili, in cui l'immagine non era una lastra opaca con un contorno ritagliato, ma un'immagine tridimensionale in silicone che non assorbe la luce, ma rallenta il passaggio di un fotone infrarosso e crea una differenza di fase tra i fotoni che sono passati attraverso diverse parti dell'immagine. Si è scoperto che tale plasticità ha influenzato anche la fase dei fotoni rossi, che sono in uno stato di entanglement quantistico con i fotoni infrarossi, ma non sono mai passati attraverso l'immagine.

Se non sei ancora stato colpito dai miracoli fisica quantistica, quindi dopo questo articolo il tuo pensiero cambierà sicuramente. Oggi vi dirò cos'è l'entanglement quantistico, ma in parole semplici, in modo che chiunque possa capire di cosa si tratta.

Entanglement come connessione magica

Dopo che sono stati scoperti gli effetti insoliti che si verificano nel microcosmo, gli scienziati sono giunti a un'interessante ipotesi teorica. È seguito proprio dai fondamenti della teoria quantistica.

In passato ho parlato di come l'elettrone si comporti in modo molto strano.

Ma l'entanglement del quantistico, particelle elementari generalmente contraria a ogni buon senso, al di là di ogni comprensione.

Se hanno interagito tra loro, dopo la separazione, rimane una connessione magica tra loro, anche se sono separati da una distanza arbitrariamente grande.

Magico nel senso che le informazioni tra di loro vengono trasmesse istantaneamente.

Come è noto dalla meccanica quantistica, una particella prima della misurazione è in una sovrapposizione, cioè ha diversi parametri contemporaneamente, è sfocata nello spazio e non ha un valore di spin esatto. Se viene effettuata una misurazione su una di una coppia di particelle precedentemente interagenti, cioè la funzione d'onda collassa, la seconda risponde immediatamente a questa misurazione. Non importa quanto siano distanti. Fantasia, vero?

Come è noto dalla teoria della relatività di Einstein, nulla può superare la velocità della luce. Affinché le informazioni raggiungano da una particella alla seconda, è necessario almeno trascorrere il tempo di passaggio della luce. Ma una particella reagisce istantaneamente alla misurazione della seconda. Le informazioni alla velocità della luce l'avrebbero raggiunta più tardi. Tutto ciò non rientra nel buon senso.

Se dividiamo una coppia di particelle elementari con parametro di spin comune zero, allora una deve avere uno spin negativo e la seconda positiva. Ma prima della misurazione, il valore dello spin è in sovrapposizione. Non appena abbiamo misurato lo spin della prima particella, abbiamo visto che ha un valore positivo, quindi immediatamente la seconda acquisisce uno spin negativo. Se, al contrario, la prima particella acquisisce un valore negativo dello spin, la seconda acquisisce un valore istantaneamente positivo.

O una simile analogia.

Abbiamo due palle. Uno è nero, l'altro è bianco. Li abbiamo coperti con vetri opachi, non vediamo quale sia quale. Interferiamo come nel gioco dei ditali.

Se apri un bicchiere e vedi che c'è una palla bianca, il secondo bicchiere è nero. Ma all'inizio non sappiamo quale sia quale.

Così è con le particelle elementari. Ma prima di guardarli, sono in sovrapposizione. Prima della misurazione, le palline sono come incolori. Ma dopo aver distrutto la sovrapposizione di una palla e vedendo che è bianca, la seconda diventa subito nera. E questo accade istantaneamente, indipendentemente dal fatto che ci sia almeno una palla per terra e la seconda in un'altra galassia. Perché la luce raggiunga una palla all'altra nel nostro caso, diciamo che ci vogliono centinaia di anni, e la seconda palla apprende che è stata effettuata una misurazione sulla seconda, ripeto, all'istante. C'è confusione tra loro.

È chiaro che Einstein, e molti altri fisici, non accettavano un tale risultato di eventi, cioè l'entanglement quantistico. Considerava le conclusioni della fisica quantistica errate, incomplete e presumeva che mancassero alcune variabili nascoste.

Al contrario, il paradosso di Einstein sopra descritto è stato inventato per mostrare che le conclusioni della meccanica quantistica non sono corrette, perché l'entanglement è contrario al buon senso.

Questo paradosso è stato chiamato paradosso Einstein-Podolsky-Rosen, abbreviato come paradosso EPR.

Ma gli esperimenti con l'entanglement più tardi di A. Aspect e altri scienziati hanno dimostrato che Einstein si sbagliava. Esiste l'entanglement quantistico.

E queste non erano più ipotesi teoriche derivanti dalle equazioni, ma fatti reali molti esperimenti sull'entanglement quantistico. Gli scienziati lo videro dal vivo ed Einstein morì senza conoscere la verità.

Le particelle interagiscono davvero istantaneamente, le restrizioni sulla velocità della luce non sono un ostacolo per loro. Il mondo si è rivelato molto più interessante e complesso.

Con l'entanglement quantistico, ripeto, c'è un trasferimento istantaneo di informazioni, si forma una connessione magica.

Ma come può essere?

La fisica quantistica di oggi risponde a questa domanda in modo elegante. C'è una connessione istantanea tra le particelle, non perché le informazioni vengano trasmesse molto rapidamente, ma perché a un livello più profondo semplicemente non sono separate, ma sono ancora insieme. Sono nel cosiddetto entanglement quantistico.

Cioè, lo stato di entanglement è un tale stato del sistema, in cui, secondo alcuni parametri o valori, non può essere suddiviso in parti separate e completamente indipendenti.

Ad esempio, gli elettroni dopo l'interazione possono essere separati da una grande distanza nello spazio, ma i loro spin sono ancora insieme. Pertanto, durante gli esperimenti, le rotazioni si accordano immediatamente tra loro.

Capisci dove questo porta?

La conoscenza odierna della moderna fisica quantistica basata sulla teoria della decoerenza si riduce a una cosa.

C'è una realtà più profonda, non manifesta. E ciò che osserviamo come un mondo classico familiare è solo una piccola parte, un caso speciale di una realtà quantistica più fondamentale.

Non contiene spazio, tempo, alcun parametro delle particelle, ma solo informazioni su di esse, la potenziale possibilità della loro manifestazione.

È questo il fatto che spiega con grazia e semplicità perché si verificano il collasso della funzione d'onda, considerato nell'articolo precedente, l'entanglement quantistico e altre meraviglie del microcosmo.

Oggi, quando parlano di entanglement quantistico, ricordano l'altro mondo.

Cioè, a un livello più fondamentale, una particella elementare non è manifestata. Si trova contemporaneamente in più punti nello spazio, ha diversi valori di giri.

Quindi, secondo alcuni parametri, può manifestarsi nel nostro mondo classico durante la misurazione. Nell'esperimento discusso sopra, due particelle hanno già un valore di coordinate spaziali specifico, ma i loro spin sono ancora nella realtà quantistica, non manifestata. Non c'è spazio e tempo, quindi gli spin delle particelle sono bloccati insieme, nonostante l'enorme distanza tra loro.

E quando osserviamo lo spin di una particella, cioè effettuiamo una misurazione, in qualche modo estraiamo lo spin dalla realtà quantistica nel nostro mondo ordinario. E ci sembra che le particelle si scambino informazioni all'istante. È solo che erano ancora insieme in un parametro, anche se erano molto distanti. La loro separazione è in realtà un'illusione.

Tutto ciò sembra strano, insolito, ma questo fatto è già confermato da molti esperimenti. I computer quantistici sono basati su un entanglement magico.

La realtà si è rivelata molto più complessa e interessante.

Il principio dell'entanglement quantistico non si adatta alla nostra consueta visione del mondo.

È così che il fisico-scienziato D.Bohm spiega l'entanglement quantistico.

Diciamo che stiamo guardando i pesci in un acquario. Ma a causa di alcune restrizioni, possiamo guardare non l'acquario così com'è, ma solo le sue proiezioni, riprese da due telecamere davanti e di lato. Cioè, guardiamo i pesci, guardando due televisori. Il pesce ci sembra diverso, dal momento che lo scattiamo con una fotocamera davanti e l'altra di profilo. Ma miracolosamente, i loro movimenti sono chiaramente coerenti. Non appena il pesce della prima schermata gira, anche la seconda si gira istantaneamente. Siamo sorpresi, non ci rendiamo conto che questo è lo stesso pesce.

Quindi dentro esperimento quantistico con due particelle. A causa dei loro limiti, ci sembra che gli spin di due particelle precedentemente interagenti siano indipendenti l'una dall'altra, perché ora le particelle sono lontane l'una dall'altra. Ma in realtà sono ancora insieme, ma in una realtà quantistica, in una fonte non locale. Semplicemente non guardiamo la realtà come è realmente, ma con una distorsione, nel quadro della fisica classica.

Teletrasporto quantistico in parole povere

Quando gli scienziati hanno appreso dell'entanglement quantistico e del trasferimento istantaneo di informazioni, molti si sono chiesti: è possibile il teletrasporto?

Si è rivelato davvero possibile.

Ci sono già stati molti esperimenti sul teletrasporto.

L'essenza del metodo può essere facilmente compresa se si comprende il principio generale dell'entanglement.

C'è una particella, per esempio, un elettrone A e due coppie di elettroni entangled B e C. L'elettrone A e la coppia B, C si trovano in punti diversi nello spazio, non importa quanto lontano. E ora convertiamo le particelle A e B in entanglement quantistico, cioè combiniamole. Ora C diventa esattamente lo stesso di A, perché il loro stato generale non cambia. Cioè, la particella A viene, per così dire, teletrasportata nella particella C.

Oggi sono stati condotti esperimenti più complessi sul teletrasporto.

Naturalmente, tutti gli esperimenti sono stati condotti finora solo con particelle elementari. Ma devi ammettere che è incredibile. Dopotutto, siamo tutti costituiti dalle stesse particelle, gli scienziati affermano che il teletrasporto di macro oggetti non è teoricamente diverso. Hai solo bisogno di risolvere il set problemi tecnici ed è solo questione di tempo. Forse, nel suo sviluppo, l'umanità raggiungerà la capacità di teletrasportare oggetti di grandi dimensioni e persino la persona stessa.

realtà quantistica

L'entanglement quantistico è integrità, continuità, unità a un livello più profondo.

Se, in base ad alcuni parametri, le particelle sono in entanglement quantistico, in base a questi parametri semplicemente non possono essere divise in parti separate. Sono interdipendenti. Tali proprietà sono semplicemente fantastiche dal punto di vista del mondo familiare, trascendente, si potrebbe dire ultraterreno e trascendente. Ma questo è un fatto dal quale non c'è via di scampo. È tempo di riconoscerlo.

Ma dove porta tutto questo?

Si scopre che molti insegnamenti spirituali dell'umanità hanno parlato a lungo di questo stato di cose.

Il mondo che vediamo, costituito da oggetti materiali, non è la base della realtà, ma solo una piccola parte di essa e non la più importante. C'è una realtà trascendente che fissa, determina tutto ciò che accade al nostro mondo, e quindi a noi.

È lì che si trovano le vere risposte alle domande eterne sul significato della vita, il vero sviluppo di una persona, la ricerca della felicità e della salute.

E queste non sono parole vuote.

Tutto questo porta a ripensare valori della vita, comprendendo che oltre all'insensata corsa ai beni materiali, c'è qualcosa di più importante e di più alto. E questa realtà non è da qualche parte là fuori, ci circonda ovunque, ci permea, è, come si suol dire, "a portata di mano".

Ma ne parliamo nei prossimi articoli.

Ora guarda un video sull'entanglement quantistico.

Ci stiamo muovendo senza intoppi dall'entanglement quantistico alla teoria. Maggiori informazioni su questo nel prossimo articolo.

Sono apparsi molti documenti popolari che parlano di entanglement quantistico. Gli esperimenti con l'entanglement quantistico sono molto spettacolari, ma non hanno ricevuto premi. Perché esperimenti così interessanti per i profani non interessano agli scienziati? Articoli popolari parlano delle incredibili proprietà di coppie di particelle aggrovigliate: l'impatto su una porta a un cambiamento istantaneo nello stato della seconda. E cosa si nasconde dietro il termine "teletrasporto quantistico", che già si è cominciato a dire che avviene a velocità superluminale. Diamo un'occhiata a tutto questo dal punto di vista della normale meccanica quantistica.

Cosa esce dalla meccanica quantistica

Le particelle quantistiche possono trovarsi in due tipi di stati, secondo il classico libro di testo di Landau e Lifshitz: puro e misto. Se una particella non interagisce con altre particelle quantistiche, è descritta da una funzione d'onda che dipende solo dalle sue coordinate o dai suoi momenti: tale stato è chiamato puro. In questo caso, la funzione d'onda obbedisce all'equazione di Schrödinger. Un'altra variante è possibile: la particella interagisce con altre particelle quantistiche. In questo caso, la funzione d'onda si riferisce già all'intero sistema di particelle interagenti e dipende da tutte le loro variabili dinamiche. Se siamo interessati solo a una particella, allora il suo stato, come ha mostrato Landau 90 anni fa, può essere descritto da una matrice o da un operatore di densità. La matrice di densità obbedisce a un'equazione simile all'equazione di Schrödinger

Dov'è la matrice di densità, Hè l'operatore di Hamilton e le parentesi indicano il commutatore.

Landau lo ha fatto fuori. Qualsiasi quantità fisica relativa a una data particella può essere espressa in termini di matrice di densità. Questo stato è chiamato misto. Se abbiamo un sistema di particelle interagenti, allora ciascuna delle particelle è in uno stato misto. Se le particelle si sono sparse su lunghe distanze e l'interazione è scomparsa, il loro stato rimarrà comunque misto. Se ciascuna di diverse particelle è allo stato puro, la funzione d'onda di un tale sistema è il prodotto delle funzioni d'onda di ciascuna delle particelle (se le particelle sono diverse. Per particelle, bosoni o fermioni identici, è necessario creare una combinazione simmetrica o antisimmetrica, vedi, ma ne parleremo più avanti L'identità di particelle, fermioni e bosoni è già una teoria quantistica relativistica.

Uno stato entangled di una coppia di particelle è uno stato in cui esiste una correlazione costante tra quantità fisiche relative a particelle diverse. Un esempio semplice e più comune è memorizzare un determinato totale quantità fisica, come lo spin totale o il momento angolare della coppia. Una coppia di particelle in questo caso è allo stato puro, ma ciascuna delle particelle è in uno stato misto. Può sembrare che un cambiamento nello stato di una particella influisca immediatamente sullo stato di un'altra particella. Anche se si sono dispersi lontano e non interagiscono, questo è quanto si esprime in articoli popolari. Questo fenomeno è già stato soprannominato teletrasporto quantistico: alcuni giornalisti analfabeti affermano addirittura che il cambiamento avviene istantaneamente, cioè si diffonde più velocemente della velocità della luce.

Consideriamo questo dal punto di vista della meccanica quantistica: in primo luogo, qualsiasi azione o misura che modifichi lo spin o il momento angolare di una sola particella viola immediatamente la legge di conservazione della caratteristica totale. L'operatore corrispondente non può commutare con rotazione totale o momento angolare totale. Pertanto, l'entanglement iniziale dello stato di una coppia di particelle viene violato. Lo spin o il momento della seconda particella non può più essere correlato in modo univoco a quello della prima. Puoi considerare questo problema dall'altra parte. Dopo che l'interazione tra le particelle è scomparsa, l'evoluzione della matrice di densità di ciascuna delle particelle è descritta dalla propria equazione, che non include le variabili dinamiche dell'altra particella. Pertanto, l'impatto su una particella non cambierà la matrice di densità di un'altra.

C'è anche il teorema di Eberhard, che afferma che l'influenza reciproca di due particelle non può essere rilevata dalle misurazioni. Lascia che ci sia sistema quantistico, che è descritto dalla matrice di densità. E lascia che questo sistema sia costituito da due sottosistemi A e B. Il teorema di Eberhard afferma che nessuna misura di osservabili associati solo al sottosistema A influisce sul risultato della misurazione di eventuali osservabili associati solo al sottosistema B. Tuttavia, la dimostrazione del teorema utilizza l'onda ipotesi di riduzione funzione che non è stata dimostrata né teoricamente né sperimentalmente. Ma tutte queste considerazioni sono fatte nell'ambito della meccanica quantistica non relativistica e si riferiscono a particelle diverse, non identiche.

Questi argomenti non funzionano nella teoria relativistica nel caso di una coppia di particelle identiche. Permettetemi di ricordarvi ancora una volta che l'identità o l'indistinguibilità delle particelle deriva dalla meccanica quantistica relativistica, dove il numero delle particelle non è conservato. Tuttavia, per le particelle lente, possiamo utilizzare l'apparato più semplice della meccanica quantistica non relativistica, semplicemente tenendo conto dell'indistinguibilità delle particelle. Quindi la funzione d'onda della coppia deve essere simmetrica (per i bosoni) o antisimmetrica (per i fermioni) rispetto alla permutazione delle particelle. Tale requisito sorge nella teoria relativistica, indipendentemente dalle velocità delle particelle. È questo requisito che porta a correlazioni a lungo raggio di una coppia di particelle identiche. In linea di principio, un protone con un elettrone può anche trovarsi in uno stato entangled. Tuttavia, se divergono di diverse decine di angstrom, l'interazione con campi elettromagnetici e altre particelle distruggeranno questo stato. L'interazione di scambio (come viene chiamato questo fenomeno) agisce a distanze macroscopiche, come dimostrano gli esperimenti. Una coppia di particelle, anche disperse per metri, rimane indistinguibile. Se stai effettuando una misurazione, non sai esattamente a quale particella si riferisce la quantità misurata. Stai misurando un paio di particelle contemporaneamente. Pertanto, tutti gli esperimenti spettacolari sono stati condotti con le stesse particelle: elettroni e fotoni. A rigor di termini, questo non è proprio lo stato entangled che è considerato nel quadro della meccanica quantistica non relativistica, ma qualcosa di simile.

Considera il caso più semplice: una coppia di particelle identiche non interagenti. Se le velocità sono piccole, possiamo utilizzare la meccanica quantistica non relativistica, tenendo conto della simmetria della funzione d'onda rispetto alla permutazione delle particelle. Sia la funzione d'onda della prima particella , la seconda particella - , dove e sono le variabili dinamiche della prima e della seconda particella, nel caso più semplice, proprio coordinate. Quindi la funzione d'onda della coppia

I segni + e – si riferiscono a bosoni e fermioni. Assumiamo che le particelle siano molto distanti. Quindi sono localizzati rispettivamente nelle regioni remote 1 e 2, cioè al di fuori di queste regioni sono piccoli. Proviamo a calcolare il valore medio di qualche variabile della prima particella, ad esempio le coordinate. Per semplicità, possiamo immaginare che solo le coordinate entrino nelle funzioni d'onda. Si scopre che il valore medio delle coordinate della particella 1 si trova TRA le regioni 1 e 2 e coincide con il valore medio della particella 2. Questo è in realtà naturale - le particelle sono indistinguibili, non possiamo sapere quale particella sono misurate le coordinate . In generale, tutti i valori medi per le particelle 1 e 2 saranno gli stessi. Ciò significa che spostando l'area di localizzazione della particella 1 (ad esempio, la particella è localizzata all'interno di un difetto nel reticolo cristallino, e spostiamo l'intero cristallo), si agisce sulla particella 2, anche se le particelle non interagiscono nel solito senso - attraverso un campo elettromagnetico, per esempio. Questo è un semplice esempio di entanglement relativistico.

Non si verifica alcun trasferimento istantaneo di informazioni tra le due particelle a causa di queste correlazioni. L'apparato della teoria quantistica relativistica è stato originariamente costruito in modo tale che gli eventi situati nello spazio-tempo ai lati opposti del cono di luce non possano influenzarsi a vicenda. In poche parole, nessun segnale, nessun impatto o disturbo può propagarsi più veloce della luce. Entrambe le particelle sono infatti lo stato di un campo, ad esempio elettrone-positrone. Agendo sul campo in un punto (particella 1), creiamo una perturbazione che si propaga come onde sull'acqua. Nella meccanica quantistica non relativistica, la velocità della luce è considerata infinitamente alta, il che dà origine all'illusione di un cambiamento istantaneo.

La situazione in cui le particelle separate da grandi distanze rimangono legate a coppie sembra paradossale a causa delle idee classiche sulle particelle. Dobbiamo ricordare che in realtà non ci sono particelle, ma campi. Ciò che consideriamo particelle sono semplicemente stati di questi campi. L'idea classica delle particelle è del tutto inadatta nel microcosmo. Immediatamente ci sono domande sulla dimensione, la forma, il materiale e la struttura delle particelle elementari. Infatti, situazioni paradossali per il pensiero classico sorgono anche con una particella. Ad esempio, nell'esperimento di Stern-Gerlach, un atomo di idrogeno vola attraverso un campo magnetico disomogeneo diretto perpendicolarmente alla velocità. Lo spin del nucleo può essere trascurato a causa della piccolezza del magnetone nucleare, lascia che lo spin dell'elettrone sia inizialmente diretto lungo la velocità.

L'evoluzione della funzione d'onda di un atomo non è difficile da calcolare. Il pacchetto d'onda localizzato iniziale si divide in due identiche, volando simmetricamente ad angolo rispetto alla direzione originale. Cioè, un atomo, una particella pesante, solitamente considerata classica con una traiettoria classica, si è diviso in due pacchetti d'onda che possono disperdersi su distanze abbastanza macroscopiche. Allo stesso tempo, noto che dal calcolo consegue che anche l'esperimento ideale di Stern-Gerlach non è in grado di misurare lo spin della particella.

Se il rivelatore lega un atomo di idrogeno, ad esempio chimicamente, le "metà" - due pacchetti d'onda sparsi, vengono raccolti in uno. Come si verifica una tale localizzazione di una particella macchiata è una teoria esistente separatamente, che non capisco. Chi è interessato può trovare ampia letteratura su questo argomento.

Conclusione

Sorge la domanda: qual è il significato di numerosi esperimenti per dimostrare correlazioni tra particelle a grandi distanze? Oltre a confermare la meccanica quantistica, di cui nessun fisico normale ha dubitato da molto tempo, questa è una dimostrazione spettacolare che impressiona il pubblico e i funzionari dilettanti che stanziano fondi per la scienza (ad esempio, lo sviluppo delle linee di comunicazione quantistica è sponsorizzato da Gazprombank) . Per la fisica, queste costose dimostrazioni non servono a nulla, sebbene consentano di sviluppare tecniche sperimentali.

Letteratura
1. Landau, L. D., Lifshits, E. M. Meccanica quantistica (teoria non relativistica). - 3a edizione, rivista e ampliata. - M.: Nauka, 1974. - 752 pag. - (“Fisica Teorica”, Volume III).
2. Eberhard, P.H., “Il teorema di Bell e i diversi concetti di nonlocalità”, Nuovo Cimento 46B, 392-419 (1978)