Ce este intricarea cuantică în cuvinte simple? Teleportarea - este posibil? A fost demonstrată experimental posibilitatea teleportării? Care este coșmarul lui Einstein? În acest articol, veți primi răspunsuri la aceste întrebări.
Vedem adesea teleportarea în filmele și cărțile științifico-fantastice. Te-ai întrebat vreodată de ce ceea ce au inventat scriitorii devine în cele din urmă realitatea noastră? Cum reușesc ei să prezică viitorul? Nu cred că este un accident. Adesea, scriitorii de science fiction au cunoștințe extinse despre fizică și alte științe, care, combinate cu intuiția și imaginația lor extraordinară, îi ajută să construiască o analiză retrospectivă a trecutului și să simuleze evenimente viitoare.
Din articol vei afla:
- Ce este entanglementul cuantic?
concept "legatura cuantica" a apărut dintr-o presupunere teoretică care decurge din ecuaţiile mecanicii cuantice. Înseamnă asta: dacă 2 particule cuantice (pot fi electroni, fotoni) se dovedesc a fi interdependente (încurcate), atunci conexiunea este păstrată, chiar dacă sunt răspândite în diferite părți ale Universului
Descoperirea întanglementării cuantice explică într-o oarecare măsură posibilitatea teoretică a teleportării.
Pe scurt, atunci înapoi Particula cuantică (electron, foton) se numește propriul moment unghiular. Spinul poate fi reprezentat ca un vector, iar particula cuantică în sine poate fi reprezentată ca un magnet microscopic.
Este important să înțelegem că atunci când nimeni nu observă o cuantică, de exemplu, un electron, atunci are toate valorile spinului în același timp. Acest concept fundamental al mecanicii cuantice se numește „suprapunere”.
Imaginează-ți că electronul tău se rotește în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic în același timp. Adică se află în ambele stări de rotație simultan (vector de rotire în sus/vector de rotire în jos). Reprezentat? O.K. Dar de îndată ce un observator apare și își măsoară starea, electronul însuși determină ce vector de spin ar trebui să ia - în sus sau în jos.
Vrei să înveți cum să măsori spinul unui electron? Este plasat într-un câmp magnetic: electronii cu un spin împotriva direcției câmpului și cu un spin în direcția câmpului, se vor abate în direcții diferite. Spiriile fotonilor sunt măsurate prin direcționarea lor către un filtru polarizant. Dacă spinul (sau polarizarea) unui foton este „-1”, atunci acesta nu trece prin filtru, iar dacă este „+1”, atunci trece.
Rezumat. De îndată ce ați măsurat starea unui electron și ați determinat că spinul său este „+1”, atunci electronul legat sau „încurcat” cu el capătă valoarea spinului „-1”. Și instantaneu, chiar dacă este pe Marte. Deși înainte de a măsura starea celui de-al doilea electron, acesta avea ambele valori de spin simultan ("+1" și "-1").
Acest paradox, dovedit matematic, nu i-a plăcut lui Einstein. Pentru că a contrazis descoperirea lui că nu există o viteză mai mare decât viteza luminii. Dar conceptul de particule încurcate s-a dovedit: dacă una dintre particulele încurcate se află pe Pământ, iar a doua este pe Marte, atunci prima particulă în momentul măsurării stării sale instantaneu (mai rapid decât viteza luminii) transmite informații celei de-a doua. particulă, care este valoarea spinului pe care o acceptă. Și anume invers.
Disputa lui Einstein cu Bohr. Cine are dreptate?
Einstein a numit „întanglement cuantic” SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (germană) sau acțiune înspăimântătoare, fantomatică, supranaturală la distanță.
Einstein nu a fost de acord cu interpretarea lui Bohr a încâlcirii cuantice a particulelor. Pentru ca a contrazis teoria sa conform căreia informația nu poate călători mai repede decât viteza luminii.În 1935 a publicat un articol în care descrie experiment de gândire. Acest experiment a fost numit „Paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen”.
Einstein a fost de acord că particulele legate ar putea exista, dar a venit cu o altă explicație pentru transferul instantaneu de informații între ele. El a spus „particule încurcate” mai mult ca o pereche de mănuși. Imaginează-ți că ai o pereche de mănuși. Pe cea stângă o pui într-o valiză, iar pe cea dreaptă în a doua. Ai trimis prima valiză unui prieten, iar a doua pe lună. Când un prieten primește valiza, va ști că valiza conține fie o mănușă stângă, fie una dreaptă. Când deschide valiza și vede că în ea este o mănușă stângă, va ști instantaneu că este cea potrivită pe Lună. Și asta nu înseamnă că un prieten a influențat faptul că mănușa stângă era în valiză și nu înseamnă că mănușa stângă transmitea instant informații către cea dreaptă. Înseamnă doar că proprietățile mănușilor au fost inițial aceleași din momentul în care au fost separate. Acestea. particulele cuantice încurcate conțin inițial informații despre stările lor.
Așadar, cine avea dreptate Bohr, care credea că particulele legate își transmit instantaneu informații între ele, chiar dacă sunt distanțate pe distanțe mari? Sau Einstein, care credea că nu există o legătură supranaturală și totul este predeterminat cu mult înainte de momentul măsurării.
Această dispută s-a mutat pe tărâmul filosofiei timp de 30 de ani. De atunci s-a rezolvat disputa?
teorema lui Bell. Disputa rezolvată?
John Clauser, pe când era încă student la Universitatea Columbia, în 1967 a găsit lucrarea uitată a fizicianului irlandez John Bell. A fost o senzație: se dovedește Bell a depășit impasul dintre Bohr și Einstein. El a propus să testeze ambele ipoteze experimental. Pentru a face acest lucru, el a propus construirea unei mașini care să creeze și să compare multe perechi de particule încurcate. John Clauser a început să dezvolte o astfel de mașină. Mașina lui ar putea crea mii de perechi de particule încurcate și le putea compara în funcție de diferiți parametri. Rezultatele experimentale i-au dat dreptate lui Bohr.
Și în curând fizicianul francez Alain Aspe a efectuat experimente, dintre care unul se referea la însăși esența disputei dintre Einstein și Bohr. În acest experiment, măsurarea unei particule ar putea afecta în mod direct pe alta numai dacă semnalul de la 1 la a 2-a trece cu o viteză care depășește viteza luminii. Dar Einstein însuși a dovedit că acest lucru este imposibil. Mai rămăsese o singură explicație - o legătură inexplicabilă, supranaturală, între particule.
Rezultatele experimentelor au demonstrat că ipoteza teoretică a mecanicii cuantice este corectă.Încurcarea cuantică este o realitate ( Cuantum Entanglement Wikipedia). Particulele cuantice pot fi legate în ciuda distanțelor mari. Măsurarea stării unei particule afectează starea celei de-a doua particule situată departe de ea, ca și cum distanța dintre ele nu ar exista. Comunicarea supranaturală la distanță are loc în realitate.
Rămâne întrebarea, este posibilă teleportarea?
Teleportarea este confirmată experimental?
În 2011, oamenii de știință japonezi au teleportat fotoni pentru prima dată în lume! A mutat instantaneu din punctul A în punctul B un fascicul de lumină.
Dacă vrei ca tot ce ai citit despre întâlnirea cuantică să fie rezolvat în 5 minute, urmărește acest videoclip, un videoclip minunat.
Ne vedem în curând!
Vă doresc tuturor proiecte interesante și inspirate!
P.S. Dacă articolul v-a fost util și de înțeles, nu uitați să-l împărtășiți.
P.S. Scrieți-vă gândurile, întrebările în comentarii. Ce alte întrebări despre fizica cuantică vă interesează?
P.S. Abonați-vă la blog - un formular de abonare sub articol.
Se referă la „Teoria Universului”legatura cuantica
Există atât de multe articole bune pe Internet care ajută la dezvoltarea unor idei adecvate despre „stările încurcate” încât rămâne să facem cele mai potrivite selecții, construind nivelul de descriere care pare acceptabil pentru un site de viziune asupra lumii.
Subiectul articolului: mulți oameni sunt aproape de ideea că toate ciudateniile fermecatoare ale stărilor încurcate ar putea fi explicate în acest fel. Amestecam bile albe cu negre, fara sa ne uitam le impachetam in cutii si le trimitem in directii diferite. Deschidem cutia pe o parte, uite: o bila neagra, dupa care suntem 100% siguri ca este alba in cealalta cutie. Asta e tot:)
Scopul articolului nu este o imersiune strictă în toate trăsăturile înțelegerii „stărilor încurcate”, ci compilarea unui sistem de idei generale, cu o înțelegere a principiilor principale. Așa ar trebui să fie totul :)
Să stabilim imediat contextul definitoriu. Când specialiștii (și nu discutanții care sunt departe de această specificitate, chiar dacă sunt oameni de știință într-un fel) vorbesc despre încâlcirea obiectelor cuantice, ei nu înseamnă că formează un singur întreg cu un fel de conexiune, ci că un obiect devine caracteristici cuantice exact la fel ca celelalte (dar nu toate, ci cele care permit identitatea într-o pereche conform legii lui Pauli, deci spin-ul unei perechi încurcate nu este identic, ci complementar reciproc). Acestea. aceasta nu este nicio conexiune și nici un proces de interacțiune, chiar dacă poate fi descris functie comuna. Aceasta este o caracteristică a unei stări care poate fi „teleportată” de la un obiect la altul (apropo, și aici interpretarea greșită a cuvântului „teleportare” este de asemenea comună). Dacă nu vă decideți imediat asupra acestui lucru, atunci puteți merge foarte departe în misticism. Prin urmare, în primul rând, toți cei care sunt interesați de problemă ar trebui să fie clar siguri ce se înțelege exact prin „confuzie”.
Pentru ce a început acest articol se reduce la o singură întrebare. Diferența dintre comportamentul obiectelor cuantice și al obiectelor clasice se manifestă în singura metodă de verificare cunoscută până acum: dacă este sau nu îndeplinită o anumită condiție de verificare - inegalitatea lui Bell (mai multe detalii mai jos), care pentru obiectele cuantice „încurcate” se comportă ca dacă există o legătură între obiectele trimise în direcţii diferite. Dar legătura, așa cum ar fi, nu este reală, pentru că. nici informația și nici energia nu pot fi transmise.
Mai mult, această relație nu depinde nici distanta, nici timp: dacă două obiecte au fost „confuze”, atunci, indiferent de siguranța fiecăruia dintre ele, al doilea se comportă ca și cum conexiunea mai există (deși prezența unei astfel de conexiuni poate fi detectată doar la măsurarea ambelor obiecte, o astfel de măsurare pot fi separate în timp: mai întâi măsurați, apoi distrugeți unul dintre obiecte și măsurați pe al doilea mai târziu. De exemplu, vezi R. Penrose). Este clar că orice fel de „conexiune” devine greu de înțeles în acest caz, iar întrebarea se ridică după cum urmează: poate fi legea probabilității căderii din parametrul măsurat (care este descris de funcția de undă) să fie astfel încât inegalitatea nu este încălcată la fiecare dintre capete, și cu statistici generale de la ambele capete - a fost încălcată - și fără nicio legătură, desigur, cu excepția conexiunii printr-un act de emergență generală.
Voi da un răspuns în avans: da, poate, cu condiția ca aceste probabilități să nu fie „clasice”, ci să opereze cu variabile complexe pentru a descrie o „suprapunere de stări” – parcă s-ar găsi simultan toate stările posibile cu o anumită probabilitate pentru fiecare.
Pentru obiectele cuantice, descriptorul stării lor (funcția de undă) este doar atât. Dacă vorbim despre descrierea poziției unui electron, atunci probabilitatea de a-l găsi determină topologia „norului” - forma orbitalului electronului. Care este diferența dintre clasic și cuantic?
Imaginează-ți o roată de bicicletă care se învârte rapid. Există undeva un disc reflector lateral roșu atașat de el, dar putem vedea doar o umbră mai densă de neclaritate în acest loc. Probabilitatea ca, după ce a pus un băț în roată, reflectorul să se oprească într-o anumită poziție de la băț este pur și simplu determinată: un baston - o poziție. Sunem două bastoane, dar numai cea care apare puțin mai devreme va opri roata. Dacă încercăm să lipim bețișoarele complet simultan, reușind să nu existe timp între capetele bastonului care vin în contact cu roata, atunci va apărea o oarecare incertitudine. În „nu a existat timp” între interacțiunile cu esența obiectului - întreaga esență a înțelegerii miracolelor cuantice :)
Viteza de „rotație” a ceea ce determină forma unui electron (polarizarea - propagarea unei perturbări electrice) este egală cu viteza limită cu care orice se poate propaga în natură (viteza luminii în vid). Cunoaștem concluzia teoriei relativității: în acest caz, timpul pentru această perturbare devine zero: nu există nimic în natură care să poată fi realizat între oricare două puncte de propagare a acestei perturbații, nu există timp pentru aceasta. Aceasta înseamnă că perturbația este capabilă să interacționeze cu orice alte „beți” care o afectează fără a pierde timp - simultan. Și probabilitatea rezultatului care va fi obținut într-un anumit punct din spațiu în timpul interacțiunii ar trebui calculată prin probabilitatea care ia în considerare acest efect relativist: Datorită faptului că nu există timp pentru un electron, acesta nu este capabil să alege cea mai mică diferență dintre cele două „bețișoare” în timpul interacțiunii cu ele și o face simultan din „punctul său de vedere”: electronul trece prin două sloturi simultan cu o densitate de undă diferită în fiecare și apoi interferează cu el însuși ca două unde suprapuse.
Iată diferența dintre descrierile probabilităților din clasice și cuantice: corelațiile cuantice sunt „mai puternice” decât cele clasice. Dacă rezultatul unei căderi de monede depinde de mulți factori de influență, dar, în general, aceștia sunt determinati în mod unic în așa fel încât trebuie doar să faceți o mașină precisă pentru aruncarea monedelor și vor cădea în același mod, atunci aleatoriu " a dispărut”. Dacă, totuși, facem un automat care pătrunde într-un nor de electroni, atunci rezultatul va fi determinat de faptul că fiecare lovitură va lovi întotdeauna ceva, doar cu o densitate diferită a esenței electronului în acest loc. Nu există alți factori, cu excepția distribuției statice a probabilității de a găsi parametrul măsurat în electron, iar acesta este un determinism cu totul diferit față de clasicii. Dar acesta este și determinism; este întotdeauna calculabilă, reproductibilă, doar cu o singularitate descrisă de funcția de undă. În același timp, un astfel de determinism cuantic se referă doar la o descriere holistică a undei cuantice. Dar, având în vedere absența timpului potrivit pentru o cuantă, ea interacționează absolut aleatoriu, adică. nu există un criteriu care să prezică în prealabil rezultatul măsurării totalității parametrilor săi. În acest sens al lui e (în viziunea clasică), este absolut nedeterminist.
Electronul există într-adevăr și într-adevăr sub forma unei formațiuni statice (și nu a unui punct care se rotește pe orbită) - o undă staționară de perturbare electrică, în care există încă un efect relativist: perpendicular pe planul principal de „propagare” (este este clar de ce intre ghilimele :) câmp electric există și o regiune statică de polarizare, care este capabilă să influențeze aceeași regiune a altui electron: momentul magnetic. Polarizarea electrică într-un electron dă efectul unei sarcini electrice, reflectarea acesteia în spațiu sub forma posibilității de a influența alți electroni - sub forma unei sarcini magnetice, care nu există de la sine fără una electrică. Iar dacă într-un atom neutru electric sarcinile electrice sunt compensate de sarcinile nucleelor, atunci cele magnetice pot fi orientate într-o singură direcție și vom obține un magnet. Pentru o înțelegere mai profundă a acestui lucru - în articol .
Direcția în care este îndreptat momentul magnetic al unui electron se numește spin. Acestea. spin - o manifestare a metodei de suprapunere a unei undă de deformare electrică pe sine cu formarea unei undă staționară. Valoarea numerică a spinului corespunde caracteristicii suprapunerii undei asupra ei însuși.Pentru un electron: +1/2 sau -1/2 (semnul simbolizează direcția deplasării laterale a polarizării - "magnetic" vector).
Dacă există un electron pe stratul exterior de electroni al unui atom și dintr-o dată se alătură altul (formare legătură covalentă), apoi ei, ca doi magneți, ajung imediat în poziția 69, formând o configurație pereche cu o energie de legătură care trebuie ruptă pentru a separa din nou acești electroni. Spinul total al unei astfel de perechi este 0.
Spinul este parametrul care joacă un rol important atunci când luăm în considerare stările încurcate. Pentru o cuantă electromagnetică care se propagă liber, esența parametrului condiționat „spin” este încă aceeași: orientarea componentei magnetice a câmpului. Dar nu mai este static și nu duce la apariție moment magnetic. Pentru a o repara, nu aveți nevoie de un magnet, ci de un slot pentru polarizare.
Pentru a însămânța idei despre încurcăturile cuantice, vă sugerez să citiți un articol popular și scurt al lui Alexei Levin: Pasiune în depărtare . Vă rugăm să urmați linkul și să citiți înainte de a continua :)
Deci, parametrii de măsurare specifici sunt realizați numai în timpul măsurării, iar înainte de aceasta au existat sub forma distribuției de probabilitate care constituia statica efectelor relativiste ale dinamicii de propagare a polarizării microcosmosului vizibile de macrocosmos. A înțelege esența a ceea ce se întâmplă în lumea cuantică înseamnă a pătrunde în manifestările unor astfel de efecte relativiste, care de fapt dau obiectului cuantic proprietățile de a fi. simultanîn diferite stări până în momentul unei anumite măsurători.
O „stare încurcată” este o stare complet deterministă a două particule care au o dependență atât de identică de descrierea proprietăților cuantice încât corelații consistente apar la ambele capete, datorită particularităților esenței staticii cuantice, care au un comportament consistent. Spre deosebire de macrostatistica, în statistica cuantică este posibil să se păstreze astfel de corelații pentru obiectele care sunt separate în spațiu și timp și coordonate anterior în termeni de parametri. Acest lucru se manifestă în statisticile îndeplinirii inegalităților lui Bell.
Care este diferența dintre funcția de undă (descrierea noastră abstractă) a electronilor neîncurcați ai doi atomi de hidrogen (în ciuda faptului că parametrii săi vor fi numere cuantice general acceptate)? Nimic, cu excepția faptului că spinul electronului nepereche este aleatoriu fără a încălca inegalitățile lui Bell. În cazul formării unui orbital sferic pereche în atomul de heliu sau în legăturile covalente a doi atomi de hidrogen, cu formarea unui orbital molecular generalizat cu doi atomi, parametrii celor doi electroni se dovedesc a fi reciproc consistenti . Dacă electronii încâlciți sunt împărțiți și încep să se miște în direcții diferite, atunci apare un parametru în funcția lor de undă care descrie deplasarea densității probabilității în spațiu din timp - traiectoria. Și asta nu înseamnă deloc că funcția este răspândită în spațiu, pur și simplu pentru că probabilitatea de a găsi un obiect devine zero la o anumită distanță de el și nimic nu rămâne în urmă care să indice probabilitatea de a găsi un electron. Acest lucru este cu atât mai evident în cazul în care perechile sunt distanțate în timp. Acestea. există doi descriptori locali și independenți ai particulelor care se mișcă în direcții opuse. Deși un descriptor general mai poate fi folosit, este dreptul celui care formalizează :)
În plus, mediul particulelor nu poate rămâne indiferent și este, de asemenea, supus modificării: descriptorii funcției de undă a particulelor mediului se schimbă și participă la statisticile cuantice rezultate prin influența lor (dând naștere unor fenomene precum decoerența). Dar, de obicei, nimănui nu-i trece prin cap să descrie asta ca o funcție de undă generală, deși acest lucru este posibil.
În multe surse vă puteți familiariza cu aceste fenomene în detaliu.
M.B. Mensky scrie:
"Unul dintre scopurile acestui articol... este acela de a fundamenta punctul de vedere conform căruia există o formulare a mecanicii cuantice în care nu apar paradoxuri și în cadrul căreia se poate răspunde la toate întrebările pe care le pun de obicei fizicienii. Paradoxurile apar doar atunci când cercetătorul nu este mulțumit de acest nivel „fizic” al teoriei, când ridică întrebări care nu sunt obișnuite în fizică, cu alte cuvinte, când își ia libertatea de a încerca să depășească limitele fizicii.. ...Caracteristicile specifice ale mecanicii cuantice asociate stărilor încurcate au fost formulate pentru prima dată în legătură cu paradoxul EPR, dar în prezent nu sunt percepute ca paradoxale. Pentru oamenii care lucrează profesional cu formalismul mecanic cuantic (adică, pentru majoritatea fizicienilor), nu există nimic paradoxal nici în perechile EPR, nici chiar în stări foarte complexe încurcate cu un numar mare termeni și un număr mare de factori în fiecare termen. Rezultatele oricăror experimente cu astfel de stări sunt, în principiu, ușor de calculat (deși dificultățile tehnice în calcularea stărilor complexe încurcate sunt, desigur, posibile)."
Deși, trebuie spus, în raționamentul despre rolul conștiinței, alegerea conștientă în mecanica cuantică, Mensky se dovedește a fi cel care ia " luați-vă libertatea de a încerca să treceți dincolo de fizică". Acest lucru amintește de încercările de a aborda fenomenele psihicului. Ca profesionist cuantic, Mensky este bun, dar în mecanismele psihicului, el, ca și Penrose, este naiv.
Foarte pe scurt și condiționat (doar pentru a înțelege esența) despre utilizarea stărilor încurcate în criptografia cuantică și teleportarea (pentru că aceasta este ceea ce lovește imaginația spectatorilor recunoscători).
Deci, criptografie. Trebuie să trimiteți secvența 1001
Folosim două canale. Pe prima pornim o particulă încurcată, pe a doua - informații despre cum să interpretăm datele primite sub forma unui bit.
Să presupunem că există o stare posibilă alternativă a spinului parametrului mecanic cuantic utilizat în stări condiționale: 1 sau 0. În acest caz, probabilitatea căderii lor cu fiecare pereche de particule eliberată este cu adevărat aleatorie și nu transmite nicio semnificație a.
Primul transfer. La măsurare Aici s-a dovedit că starea particulei este 1. Aceasta înseamnă că cealaltă are 0. Pentru a volum la sfârșit pentru a obține unitatea necesară, transmitem bitul 1. Acolo măsoară starea particulei și, pentru a afla ce înseamnă aceasta, o adaugă la 1 transmisă. Obțin 1. În același timp, verifică prin alb că încâlcirea nu a fost ruptă, adică. infa nu este interceptat.
Al doilea transfer. A ieșit din nou starea 1. Celălalt are 0. Trecem info - 0. Adunăm, obținem 0 necesar.
Treapta a treia. Starea de aici este 0. Acolo, înseamnă - 1. Pentru a obține 0, trecem 0. Adăugăm, obținem 0 (în bitul cel mai puțin semnificativ).
Al patrulea. Aici - 0, acolo - 1, este necesar ca acesta să fie interpretat ca 1. Transmitem informații - 0.
Aici în acest principiu. Interceptarea canalului de informații este inutilă din cauza unei secvențe complet necorelate (criptare cu cheia de stare a primei particule). Interceptarea unui canal încurcat - perturbă recepția și este detectată. Statistica transmisiei de la ambele capete (capătul de recepție are toate datele necesare pe capătul transmis) conform Bell determină corectitudinea și neinterceptarea transmisiei.
Despre asta este teleportarea. Nu există o impunere arbitrară a unei stări unei particule, ci doar o predicție a ceea ce va fi această stare după (și numai după ce) particula de aici este scoasă din conexiune prin măsurare. Și apoi se spune că a existat un transfer al unei stări cuantice cu distrugerea stării complementare la punctul de plecare. După ce a primit informații despre starea de aici, se poate corecta într-un fel sau altul parametrul mecanic cuantic, astfel încât să se dovedească a fi identic cu cel de aici, dar nu va mai fi aici și se vorbește despre interzicerea clonării în o stare legată.
Se pare că nu există analogi ai acestor fenomene în macrocosmos, nici bile, mere etc. din mecanica clasica nu poate servi la interpretarea manifestării unei astfel de naturi a obiectelor cuantice (de fapt, nu există obstacole fundamentale în acest sens, care vor fi arătate mai jos în linkul final). Aceasta este principala dificultate pentru cei care doresc să obțină o „explicație” vizibilă. Aceasta nu înseamnă că așa ceva nu este de conceput, așa cum se pretinde uneori. Aceasta înseamnă că este necesar să se lucreze destul de minuțios asupra reprezentărilor relativiste, care joacă un rol decisiv în lumea cuantică și conectează lumea cuantilor cu lumea macro.
Dar nici acest lucru nu este necesar. Să ne amintim principala sarcină a reprezentării: care ar trebui să fie legea de materializare a parametrului măsurat (care este descrisă de funcția de undă), astfel încât inegalitatea să nu fie încălcată la fiecare capăt, iar cu statistici comune de la ambele capete să fie încălcată . Există multe interpretări pentru înțelegerea acestui lucru folosind abstracții auxiliare. Ei vorbesc despre același lucru limbi diferite asemenea abstracții. Dintre acestea, două sunt cele mai semnificative în ceea ce privește corectitudinea împărțită între purtătorii de reprezentări. Sper ca dupa ce s-a spus sa fie clar ce se intelege :)
Interpretarea de la Copenhaga dintr-un articol despre paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen:
" (EPR-paradox) - un paradox aparent... Într-adevăr, să ne imaginăm că pe două planete din părți diferite ale Galaxiei există două monede care cad întotdeauna în același mod. Dacă înregistrați rezultatele tuturor flipurilor și apoi le comparați, acestea se vor potrivi. Picăturile în sine sunt aleatorii, nu pot fi influențate în niciun fel. Este imposibil, de exemplu, să fiți de acord că un vultur este o unitate, iar o coadă este un zero și, astfel, să transmiteți un cod binar. La urma urmei, succesiunea de zerouri și unu va fi aleatorie la ambele capete ale firului și nu va avea nicio semnificație.
Se dovedește că paradoxul are o explicație care este logic compatibilă atât cu teoria relativității, cât și cu mecanica cuantică.
S-ar putea crede că această explicație este prea neplauzibilă. Este atât de ciudat că Albert Einstein nu a crezut niciodată într-un „zeu care joacă zaruri”. Dar testele experimentale atente ale inegalităților lui Bell au arătat că există accidente non-locale în lumea noastră.
Este important să subliniem o consecință a acestei logici deja menționate: măsurătorile asupra stărilor încurcate nu vor încălca relativitatea și cauzalitatea doar dacă acestea sunt cu adevărat aleatorii. Nu ar trebui să existe nicio legătură între circumstanțele măsurării și perturbarea, nici cea mai mică regularitate, pentru că altfel ar exista posibilitatea transmiterii instantanee a informațiilor. Astfel, mecanica cuantică (în interpretarea de la Copenhaga) și existența stărilor încurcate dovedesc existența indeterminismului în natură."
Într-o interpretare statistică, acest lucru se arată prin conceptul de „ansambluri statistice” (la fel):
Din punct de vedere al interpretării statistice, obiectele reale de studiu în mecanica cuantică nu sunt micro-obiecte unice, ci ansambluri statistice de micro-obiecte care se află în aceleași macro-condiții. Prin urmare, expresia „particula este într-o astfel de stare” înseamnă de fapt „particula aparține unui anume ansamblu statistic” (constând din multe particule similare). Prin urmare, alegerea unuia sau altui subansamblu în ansamblul inițial schimbă semnificativ starea particulei, chiar dacă nu a existat un impact direct asupra acesteia.
Ca o ilustrare simplă, luați în considerare următorul exemplu. Să luăm 1000 de monede colorate și să le aruncăm pe 1000 de coli de hârtie. Probabilitatea ca un „vultur” să fie imprimat pe o foaie aleasă aleatoriu de noi este de 1/2. Între timp, pentru foile pe care monedele stau „cozile” în sus, aceeași probabilitate este 1 - adică avem posibilitatea de a stabili indirect natura tipăririi pe hârtie, uitându-se nu la foaia în sine, ci doar la monedă. Totuși, ansamblul asociat unei astfel de „măsurări indirecte” este complet diferit de cel original: nu mai conține 1000 de coli de hârtie, ci doar aproximativ 500!
Astfel, infirmarea relației de incertitudine în „paradoxul” EPR ar fi valabilă doar dacă pentru ansamblul original ar fi posibilă selectarea simultană a unui subansamblu nevid atât pe baza impulsului, cât și pe baza coordonatelor spațiale. Totuși, tocmai imposibilitatea unei astfel de alegeri este afirmată de relația de incertitudine! Cu alte cuvinte, „paradoxul” EPR se dovedește de fapt a fi un cerc vicios: presupune falsitatea faptului infirmat.
Varianta cu un „semnal superluminal” de la o particulă A la o particulă B se bazează și pe ignorarea faptului că distribuțiile de probabilitate ale valorilor cantităților măsurate caracterizează nu o pereche specifică de particule, ci un ansamblu statistic care conține un număr mare de astfel de perechi. Aici, ca o situație similară, putem considera situația în care o monedă colorată este aruncată pe o foaie în întuneric, după care foaia este scoasă și încuiată într-un seif. Probabilitatea ca un „vultur” să fie imprimat pe o foaie este a priori 1/2. Iar faptul că acesta se transformă imediat în 1 dacă aprindem lumina și ne asigurăm că moneda este „cozile” sus nu indică deloc capacitatea privirii noastre de a aburi pentru a influența într-un mod imaginar obiectele închise în seif.
Mai mult: AA Pechenkin Ensemble Interpretări ale mecanicii cuantice în SUA și URSS.
Și încă o interpretare de la http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm :
Interpretarea modală a lui Van Fraassen pornește din faptul că starea unui sistem fizic se schimbă doar cauzal, adică. în conformitate cu ecuația Schrödinger, totuși, această stare nu determină fără ambiguitate valorile mărimilor fizice găsite în timpul măsurării.
Popper dă aici exemplul său preferat: un biliard pentru copii (o tablă căptușită cu ace, pe care o minge de metal, simbolizând un sistem fizic, se rostogolește de sus - biliardul însuși simbolizează un dispozitiv experimental). Când mingea se află în vârful biliardului, avem o singură dispoziție, o singură tendință de a ajunge la un punct în partea de jos a tablei. Dacă am fixat mingea undeva la mijlocul tablei, am schimbat specificația experimentului și am primit o nouă predispoziție. Indeterminismul cuantic-mecanic este păstrat aici în întregime: Popper stipulează că biliardul nu este un sistem mecanic. Nu putem urmări traiectoria mingii. Dar „reducerea pachetelor de unde” nu este un act de observație subiectivă, este o redefinire conștientă a situației experimentale, o îngustare a condițiilor experienței.
Pentru a rezuma faptele
1. În ciuda aleatoriei absolute a pierderii unui parametru atunci când se măsoară o masă de perechi de particule încurcate, consistența se manifestă în fiecare astfel de pereche: dacă o particulă dintr-o pereche se dovedește a avea spin 1, atunci cealaltă particulă dintr-o pereche perechea are spin opus. Acest lucru este de înțeles în principiu: deoarece într-o stare pereche nu pot exista două particule care au același spin în aceeași stare de energie, atunci când sunt divizate, dacă se păstrează consistența, atunci spinurile sunt încă consecvente. De îndată ce spin-ul unuia este determinat, spin-ul celuilalt va deveni cunoscut, în ciuda faptului că aleatorietatea spin-ului în măsurătorile din ambele părți este absolută.
Permiteți-mi să clarific pe scurt imposibilitatea stărilor complet identice a două particule într-un singur loc în spațiu-timp, ceea ce în modelul de structură învelișul de electroni al atomului se numește principiul Pauli, iar în considerarea mecanică cuantică a stărilor consistente - principiul imposibilității clonării obiectelor încurcate.
Există ceva (până acum necunoscut) care împiedică într-adevăr o cuantică sau o particulă corespunzătoare să fie într-o stare locală cu alta - complet identică în parametrii cuantici. Acest lucru se realizează, de exemplu, în efectul Casimir, când cuantele virtuale dintre plăci pot avea o lungime de undă nu mai mare decât intervalul. Și acest lucru se realizează în mod deosebit în descrierea unui atom, atunci când electronii unui atom dat nu pot avea parametri identici în orice, ceea ce este formalizat axiomatic de principiul Pauli.
Pe primul strat, cel mai apropiat, doar 2 electroni pot fi găsiți sub forma unei sfere (s-electroni). Dacă sunt două, atunci au rotiri diferite și sunt împerecheate (încurcate), formând o undă comună cu energia de legare care trebuie aplicată pentru a rupe această pereche.
În al doilea nivel, mai îndepărtat și mai energetic, pot exista 4 „orbitali” a doi electroni perechi sub forma unei undă staționară cu o formă ca un volum opt (electroni p). Acestea. energie mai mare i ocupă mai mult spațiu și permite mai multor perechi cuplate să coexiste. De primul strat, al doilea diferă energetic prin 1 posibilă stare de energie discretă (mai mulți electroni externi, care descriu un nor spațial mai mare, au și o energie mai mare).
Al treilea strat deja vă permite spațial să aveți 9 orbite sub forma unui quadrifoil (d-electroni), a patra - 16 orbite - 32 de electroni, forma care seamănă și cu volumul opt în combinații diferite ( f-electroni).
Forme de nori de electroni:
a – electronii s; b – electroni p; c – d-electroni.
Un astfel de set de stări discret diferite - numere cuantice - caracterizează stările locale posibile ale electronilor. Și iată ce iese din asta.
Când doi electroni cu spinuri diferiteununivelul de energie (deși acest lucru nu este în mod fundamental necesar: http://www.membrana.ru/lenta/?9250), apoi se formează un „orbital molecular” comun cu un nivel de energie redus datorită energiei și legăturii. Doi atomi de hidrogen, fiecare având un electron nepereche, formează o suprapunere comună a acestor electroni - o legătură (covalentă simplă). Atâta timp cât există - cu adevărat doi electroni au o dinamică coordonată comună - o funcție de undă comună. Cât timp? „Temperatura” sau altceva care poate compensa energia legăturii o rupe. Atomii zboară separat cu electronii nemaiavând o undă comună, dar încă într-o stare complementară, reciproc consistentă de încurcare. Dar nu mai există nicio legătură :) Iată momentul în care nu mai merită să vorbim despre funcția de undă generală, deși caracteristicile probabilistice din punct de vedere al mecanicii cuantice rămân aceleași de parcă această funcție ar continua să descrie unda generală. Aceasta înseamnă doar păstrarea capacității de a afișa o corelație consistentă.
Metoda de obținere a electronilor încâlciți prin interacțiunea lor este descrisă: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.html sau popular-schematic - în http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " Pentru a crea o „relație de incertitudine” pentru electroni, adică pentru a-i „confunda”, trebuie să vă asigurați că sunt identici din toate punctele de vedere și apoi să trageți acești electroni la separatorul de fascicul (separator de fascicul). Mecanismul „împarte” fiecare dintre electroni, aducându-i într-o stare cuantică de „suprapunere”, în urma căreia electronul se va deplasa pe una dintre cele două căi cu probabilitate egală.".
2. Cu statisticile de măsurare de ambele părți, consistența reciprocă a aleatoriei în perechi poate duce la o încălcare a inegalității lui Bell în anumite condiții. Dar nu prin utilizarea unei esențe mecanice cuantice speciale, dar necunoscute.
Următorul articol mic (bazat pe ideile expuse de R. Pnrose) vă permite să urmăriți (arătați principiul, exemplu) cum este posibil acest lucru: Relativitatea inegalităților lui Bell sau Mintea nouă a regelui gol. Acest lucru se arată și în lucrarea lui A.V. Belinsky, publicată în Uspekhi fizicheskikh nauk: Teorema lui Bell fără asumarea localității. O altă lucrare a lui A.V.Belinsky pentru reflecția celor interesați: teorema lui Bell pentru observabile tricotomice, precum și o discuție cu d.f.-m.s., prof., acad. Valery Borisovich Morozov (corifeu în general recunoscut al forumurilor Departamentului de Fizică al FRTK-MIPT și „cluburi”), unde Morozov propune să ia în considerare ambele lucrări ale lui A.V. Belinsky: Experiența aspectului: o întrebare pentru Morozov. Și pe lângă subiectul posibilității de încălcare a inegalităților lui Bell fără a introduce vreo acțiune pe rază lungă: Bell's Inequality Modeling.
Vă atrag atenția asupra faptului că „Relativitatea inegalităților lui Bell sau noua minte a regelui gol”, precum și „Teorema lui Bell fără asumarea localității” în contextul acestui articol nu pretind că descriu mecanismul mecanicii cuantice. incurcarea. Problema este prezentată în ultima propoziție a primului link: „Nu există niciun motiv să ne referim la încălcarea inegalităților lui Bell ca la o infirmare incontestabilă a oricărui model de realism local”. acestea. limita utilizării sale este teorema enunțată la început: „Pot exista modele de localitate clasică în care inegalitățile lui Bell sunt încălcate.”. Despre aceasta - explicații suplimentare în discuție.
O să-mi aduc propriul model.
„Încălcarea realismului local” este doar un efect relativist.
Nimeni (normal) nu argumentează cu faptul că pentru un sistem care se mișcă la viteza limită (viteza luminii în vid) nu există nici spațiu, nici timp (transformarea Lorentz în acest caz dă zero timp și spațiu), adică. pentru un cuantic este și aici și acolo, oricât de departe ar fi acolo.
Este clar că cuantele încurcate au propriul lor punct de plecare. Și electronii sunt aceleași cuante în starea de undă staționară, adică. existând ici și colo deodată pe toată durata de viață a electronului. Toate proprietățile cuantelor se dovedesc a fi predeterminate pentru noi, cei care le percepem din exterior, de aceea. În cele din urmă suntem alcătuiți din quante care sunt aici și acolo. Pentru ei, viteza de propagare a interacțiunii (viteza limită) este infinit de mare. Dar toate aceste infinitate sunt diferite, precum și în lungimi diferite de segmente, deși fiecare are un număr infinit de puncte, dar raportul acestor infinitități dă raportul lungimilor. Așa ne apar timpul și spațiul.
Pentru noi, realismul local este încălcat în experimente, dar nu pentru quanta.
Dar această discrepanță nu afectează în niciun fel realitatea, pentru că nu putem folosi o astfel de viteză infinită în practică. Nici informația, nici, în special materia, nu sunt transmise infinit de rapid în timpul „teleportării cuantice”.
Deci toate acestea sunt o glumă cu efecte relativiste, nimic mai mult. Ele pot fi folosite în criptografia cuantică sau orice altceva și nici nu pot fi folosite pentru acțiuni reale la distanță lungă.
Privim vizual esența a ceea ce arată inegalitățile lui Bell.
1. Dacă orientarea contoarelor la ambele capete este aceeași, atunci măsurarea spinării la ambele capete va fi întotdeauna inversă.
2. Dacă orientarea contoarelor este opusă, atunci rezultatul va fi același.
3. Dacă orientarea gabaritului din stânga diferă de orientarea celui din dreapta cu mai puțin de un anumit unghi, atunci punctul 1 va fi implementat și coincidențele se vor încadra în probabilitatea prezisă de Bell pentru particule independente.
4. Dacă unghiul depășește, atunci - punctul 2 și potrivirile vor fi mai mari decât probabilitatea prezisă de Bell.
Acestea. la un unghi mai mic, vom obține valori predominant opuse ale spinurilor, iar la un unghi mai mare, predominant cele coincidente.
De ce se întâmplă acest lucru cu spinul poate fi imaginat, ținând cont de faptul că spinul unui electron este un magnet și este, de asemenea, măsurat prin orientarea câmpului magnetic (sau într-un cuantic liber, spinul este direcția de polarizare și este măsurat prin orientarea golului prin care trebuie să cadă planul de rotaţie de polarizare).
Este clar că prin trimiterea de magneți care au fost legați inițial și și-au păstrat orientarea reciprocă atunci când sunt trimisi, noi camp magnetic atunci când măsurăm, le vom influența (întoarcerea într-o direcție sau alta) în același mod cum se întâmplă în paradoxurile cuantice.
Este clar că atunci când întâlnește un câmp magnetic (inclusiv spinul altui electron), spinul se orientează în mod necesar în conformitate cu acesta (reciproc opus în cazul spinului altui electron). Prin urmare, ei spun că „orientarea spinului apare doar în timpul măsurării”, dar în același timp depinde de poziția sa inițială (în ce direcție se rotește) și de direcția de influență a contorului.
Este clar că nu sunt necesare acțiuni pe rază lungă pentru aceasta, la fel cum nu este necesar să se prescrie un astfel de comportament în starea inițială a particulelor.
Am motive să cred că până acum, atunci când se măsoară spinul electronilor individuali, stările intermediare ale spinului nu sunt luate în considerare, ci doar predominant - de-a lungul câmpului de măsurare și împotriva câmpului. Exemple de metode: , . Merită să acordați atenție datei de dezvoltare a acestor metode, care este ulterioară experimentelor descrise mai sus.
Modelul de mai sus este, desigur, simplificat (în fenomenele cuantice, spinul nu este tocmai magneții adevărați, deși ei sunt cei care oferă toate elementele observabile fenomene magnetice) și nu ține cont de multe nuanțe. Prin urmare, nu este o descriere a unui fenomen real, ci arată doar un principiu posibil. Și, de asemenea, arată cât de rău este să ai încredere pur și simplu în formalismul descriptiv (formule) fără a înțelege esența a ceea ce se întâmplă.
În același timp, teorema lui Bell este corectă în formularea din articolul lui Aspek: „este imposibil să găsești o teorie cu un parametru suplimentar care să satisfacă descriere generala care reproduce toate predicțiile mecanicii cuantice." și deloc în formularea lui Penrose: "se dovedește că este imposibil să se reproducă predicțiile teoriei cuantice în acest mod (non-cuantic)." modele, cu excepția modelelor mecanice cuantice. experiment, încălcarea inegalităților lui Bell nu este posibilă.
Acesta este un exemplu oarecum exagerat, s-ar putea spune vulgar, de interpretare, pur și simplu pentru a arăta cum cineva poate fi înșelat în astfel de rezultate. Dar să dăm o semnificație clară a ceea ce a vrut Bell să demonstreze și a ceea ce se întâmplă de fapt. Bell a creat un experiment care arată că în întanglement nu există un „algoritm a”, o corelație predeterminată (cum au insistat adversarii la acea vreme, spunând că există niște parametri ascunși care determină o astfel de corelație). Și atunci probabilitățile din experimentele sale ar trebui să fie mai mari decât probabilitatea unui proces cu adevărat aleatoriu (de ce este bine descris mai jos).
DAR, de fapt, pur și simplu au aceleași dependențe probabilistice. Ce înseamnă? Aceasta înseamnă că nu există o legătură predeterminată, predeterminată între fixarea unui parametru printr-o măsurătoare, dar un astfel de rezultat al fixării provine din faptul că procesele au aceeași funcție de probabilitate (complementară) (care, în general, decurge direct din concepte mecanice cuantice), este ceea ce este realizarea unui parametru în timpul fixării, care nu a fost definit din cauza absenței spațiului și timpului în „cadru de referință” al său, datorită dinamicii maxime posibile a existenței sale (efectul relativist formalizat de Lorentz). transformări, vezi Vacuum, quanta, matter).
Așa descrie Brian Greene esența metodologică a experienței lui Bell în cartea sa The Fabric of the Cosmos. De la el, fiecare dintre cei doi jucători a primit multe cutii, fiecare cu trei uși. Dacă primul jucător deschide aceeași ușă ca al doilea într-o cutie cu același număr, atunci clipește cu aceeași lumină: roșu sau albastru.
Primul jucător Scully presupune că acest lucru este asigurat de programul de culoare flash încorporat în fiecare pereche, în funcție de ușă, al doilea jucător Mulder consideră că flash-urile urmează cu aceeași probabilitate, dar sunt cumva conectate (prin acțiune non-locală la distanță lungă). ). Potrivit celui de-al doilea jucător, experiența decide totul: dacă programul este, atunci probabilitatea de a avea aceleași culori atunci când uși diferite sunt deschise aleatoriu ar trebui să fie mai mare de 50%, contrar adevărului. probabilitate aleatorie. El a dat un exemplu de ce:
Pentru a fi concret, să ne imaginăm că programul pentru sferă într-o cutie separată produce culori albastre (prima ușă), albastru (a doua ușă) și roșu (a treia ușă). Acum, deoarece amândoi alegem una dintre cele trei uși, există un total de nouă combinații posibile de uși pe care le putem alege să le deschidem pentru această cutie. De exemplu, pot alege ușa de sus a cutiei mele, în timp ce tu poți alege ușa laterală a cutiei tale; sau pot alege usa din fata si tu poti alege usa de sus; si asa mai departe."
— Oh, sigur. Scully a sărit în sus. „Dacă numim ușa de sus 1, ușa laterală 2 și ușa din față 3, atunci cele nouă combinații posibile de uși sunt doar (1,1), (1,2), (1,3), (2,1). ), (2.2), (2.3), (3.1), (3.2) și (3.3)."
„Da, așa este”, continuă Mulder. - „Acum, punctul important: dintre aceste nouă posibilități, observăm că cinci combinații de uși - (1.1), (2.2), (3.3), (1.2) și (2.1) - duc la rezultatul că vedem sferele în cutiile noastre clipind aceleași culori.
Primele trei combinații de uși sunt cele în care alegem aceleași uși și, după cum știm, asta duce întotdeauna la faptul că vedem aceleași culori. Celelalte două combinații de uși (1,2) și (2,1) au ca rezultat aceleași culori, deoarece programul dictează că sferele vor clipi de aceeași culoare - albastru - dacă fie ușa 1, fie ușa 2 este deschisă. Deci, deoarece 5 este mai mare decât jumătate din 9, aceasta înseamnă că pentru mai mult de jumătate - mai mult de 50 la sută - dintre posibilele combinații de uși pe care le putem alege să le deschidem, sferele vor clipi de aceeași culoare.”
— Dar stai, protestează Scully. "Acesta este doar un exemplu de program special: albastru, albastru, roșu. În explicația mea, am presupus că casetele cu numere diferite ar putea și, în general, ar avea programe diferite."
„Serios, nu contează. Concluzia este valabilă pentru oricare dintre programele posibile.
Și acesta este într-adevăr cazul dacă avem de-a face cu un program. Dar nu este deloc cazul dacă avem de-a face cu dependențe aleatorii pentru multe experimente, dar fiecare dintre aceste accidente are aceeași formă în fiecare experiment.
În cazul electronilor, atunci când au fost legați inițial într-o pereche, ceea ce le asigură spinurile complet dependente (mutual opuse) și împrăștiate, această interdependență, desigur, se păstrează la maximum. imagine de ansamblu adevărata probabilitate de a cădea și în faptul că este imposibil să spunem în avans cum s-au dezvoltat spinii a doi electroni dintr-o pereche înainte de a determina unul dintre ei, dar ei „deja” (dacă pot spune acest lucru în legătură cu ceva care nu are propria metrică a timpului și spațiului) au o anumită poziție relativă .
Mai departe în cartea lui Brian Green:
există o modalitate de a examina dacă am intrat din neatenție în conflict cu SRT. Proprietatea comună pentru materie și energie este că pot transfera informații prin deplasarea dintr-un loc în altul. Fotonii, care călătoresc de la o stație de transmisie radio la receptorul dvs., transportă informații. Electronii, care călătoresc prin cablurile internetului către computerul tău, transportă informații. În orice situație în care ceva – chiar și ceva neidentificat – este menit să se miște mai repede decât viteza luminii, un test sigur este să întrebi dacă transmite sau cel puțin poate transmite informații. Dacă răspunsul este nu, raționamentul standard trece că nimic nu depășește viteza luminii și SRT rămâne necontestat. În practică, fizicienii folosesc adesea acest test pentru a determina dacă un proces subtil încalcă legile relativității speciale. Nimic nu a supraviețuit acestui test.
Cât priveşte abordarea lui R. Penrose şi etc. interpreți, apoi din lucrarea sa Penrouz.djvu voi încerca să evidențiez acea atitudine fundamentală (viziune asupra lumii) care duce direct la vederi mistice despre non-localitate (cu comentariile mele - culoare neagră):
A fost necesar să găsim o cale care să ne permită să separăm adevărul de ipoteze în matematică - un fel de procedură formală, prin care se putea spune cu certitudine dacă o anumită afirmație matematică este adevărată sau nu. (obiecție vezi metoda lui Aristotel și Adevărul, criteriile adevărului). Până când această problemă nu este rezolvată în mod corespunzător, cu greu se poate spera serios la succes în rezolvarea altor probleme mult mai complexe - cele care privesc natura forțelor care mișcă lumea, indiferent de relația pe care aceste forțe le-ar putea avea cu adevărul matematic. Conștientizarea că matematica de nerefuzat este cheia înțelegerii universului este poate prima dintre cele mai importante descoperiri în știință în general. Chiar și egiptenii și babilonienii antici au ghicit despre adevăruri matematice de diferite tipuri, dar prima piatră în temelia înțelegerii matematice ...
... oamenii au avut pentru prima dată ocazia să formuleze afirmații de încredere și evident de nerefuzat - afirmații, al căror adevăr nu este pus la îndoială nici astăzi, în ciuda faptului că știința a făcut un pas mult înainte din acele vremuri. Pentru prima dată, natura cu adevărat atemporală a matematicii a fost dezvăluită oamenilor.
Ce este o demonstrație matematică? În matematică, o demonstrație este un raționament impecabil care folosește doar tehnicile logicii pure. (logica pură nu există. Logica este o formalizare axiomatică a tiparelor și a relațiilor găsite în natură) care să permită tragerea unei concluzii fără ambiguitate cu privire la validitatea unuia sau altuia enunț matematic pe baza validității oricăror alte enunțuri matematice, fie prestabilite într-un mod similar, fie nefiind deloc nevoie de demonstrație (enunțuri elementare speciale, adevărul de care, în opinia generală, este de la sine înțeles, se numesc axiome) . O afirmație matematică dovedită este de obicei numită teoremă. Aici nu-l înțeleg: la urma urmei, există teoreme pur și simplu afirmate, dar nu dovedite.
... Conceptele matematice obiective ar trebui reprezentate ca obiecte atemporale; nu trebuie să credem că existența lor începe în momentul în care apar într-o formă sau alta în imaginația umană.
... Astfel, existența matematică diferă nu numai de existența fizicului, ci și de existența cu care percepția noastră conștientă este capabilă să înzestreze obiectul. Cu toate acestea, este în mod clar legat de ultimele două forme de existență - adică de existența fizică și mentală. conexiunea este destul de bună conceptul fizic Ce înseamnă Penrose aici?- iar conexiunile corespunzătoare sunt pe cât de fundamentale, pe atât de misterioase.
Orez. 1.3. Trei „lumi” - matematică, fizică și mentală platoniciene - și trei ghicitori fundamentale care le leagă...
... Deci, conform celui prezentat în fig. 1.3, întreaga lume fizică este controlată de legile matematice. În capitolele ulterioare ale cărții, vom vedea că există dovezi puternice (deși incomplete) care să susțină acest punct de vedere. Dacă credem aceste dovezi, atunci trebuie să admitem că tot ceea ce există în universul fizic, până la cel mai mic detaliu, este într-adevăr guvernat de principii matematice precise - poate ecuații. Iată-mă doar că mă bucur în liniște....
...Dacă este așa, atunci acțiunile noastre fizice sunt complet și complet subordonate unui astfel de control matematic universal, deși acest „control” permite totuși o anumită aleatorie în comportament, controlată de principii probabilistice stricte.
Mulți oameni încep să se simtă foarte inconfortabil cu astfel de presupuneri; pentru mine și pentru mine, mărturisesc, aceste gânduri provoacă o oarecare anxietate.
... Poate că, într-un anumit sens, cele trei lumi nu sunt deloc entități separate, ci doar reflectă diverse aspecte ale unui ADEVĂR mai fundamental (am subliniat) care descrie lumea în întregime - un adevăr despre care în prezent nu îl înțelegem. au cele mai mici concepte. - curat Mistic....
.................
Se dovedește chiar că există regiuni de pe ecran care sunt inaccesibile particulelor emise de sursă, în ciuda faptului că particulele ar putea intra cu succes în aceste regiuni atunci când doar una dintre fante era deschisă! Deși petele apar pe ecran pe rând în poziții localizate, și deși fiecare întâlnire a particulei cu ecranul poate fi asociată cu un anumit act de emisie a particulei de către sursă, comportamentul particulei între sursă și ecranul, inclusiv ambiguitatea asociată cu prezența a două goluri în barieră, este similar cu comportamentul unei unde, în care valul Când o particulă se ciocnește de un ecran, detectează ambele fante simultan. În plus (și acest lucru este deosebit de important pentru scopurile noastre imediate), distanța dintre franjuri de pe ecran corespunde lungimii de undă L a undei particulelor noastre, raportată la impulsul particulei p prin fosta formulă XXXX.
Toate acestea sunt destul de posibile, va spune un sceptic sobru, dar acest lucru nu ne obligă încă să facem o identificare atât de absurdă a impulsului energetic cu un fel de operator! Da, exact asta vreau să spun: un operator este doar un formalism pentru a descrie un fenomen în cadrul anumit al său, și nu o identitate cu fenomenul.
Bineînțeles că nu ne obligă, dar ar trebui să ne întoarcem de la o minune când ni se apare?! Ce este acest miracol? Miracolul este că această aparentă absurditate a faptului experimental (valurile se dovedesc a fi particule, iar particulele se dovedesc a fi unde) poate fi adusă în sistem cu ajutorul unui formalism matematic frumos, în care impulsul este într-adevăr identificat cu " diferențiere în coordonate” și energie cu „diferențiere în timp”.
... Toate acestea sunt în regulă, dar cum rămâne cu vectorul de stare? Ce te împiedică să recunoști că reprezintă realitatea? De ce fizicienii sunt adesea extrem de reticenți în a lua o astfel de poziție filozofică? Nu doar fizicienii, ci și cei care au totul în ordine cu o viziune holistică asupra lumii și nu sunt înclinați să fie conduși la raționamente subdeterminate.
.... Dacă doriți, vă puteți imagina că funcția de undă a unui foton părăsește sursa sub forma unui pachet de undă clar definit de dimensiuni mici, apoi, după întâlnirea cu separatorul de fascicul, este împărțit în două părți, dintre care unul este reflectat de splitter, iar celălalt trece prin el, de exemplu, într-o direcție perpendiculară. În ambele, am făcut ca funcția de undă să se împartă în două părți în primul divizor de fascicul... Axioma 1: Cuantumul nu este divizibil. O persoană care vorbește despre jumătățile unui cuantic în afara lungimii sale de undă este percepută de mine cu nu mai puțin scepticism decât o persoană care creează un nou univers cu fiecare schimbare a stării cuantii. Axioma 2: fotonul nu își schimbă traiectoria, iar dacă s-a schimbat, atunci aceasta este reemisia fotonului de către electron. Pentru că o cuantică nu este o particulă elastică și nu există nimic din care să sară. Din anumite motive, în toate descrierile unor astfel de experiențe, aceste două lucruri sunt evitate, deși au o semnificație mai elementară decât efectele descrise. Nu înțeleg de ce spune Penrose asta, trebuie să știe despre indivizibilitatea cuantumului, mai mult, a menționat-o în descrierea cu două fante. În astfel de cazuri miraculoase, trebuie totuși să încercăm să rămânem în cadrul axiomelor de bază, iar dacă acestea intră în conflict cu experiența, aceasta este o ocazie de a gândi mai atent la metodologie și interpretare.
Să acceptăm deocamdată, cel puțin ca model matematic a lumii cuantice, aceasta este o descriere curioasă conform căreia o stare cuantică evoluează de ceva timp sub forma unei funcții de undă, de obicei „undată” pe tot spațiul (dar cu capacitatea de a focaliza într-o zonă mai limitată) și apoi, atunci când se face o măsurătoare, această stare se transformă în ceva localizat și bine definit.
Acestea. vorbește serios despre posibilitatea de a mânji ceva timp de câțiva ani lumină cu posibilitatea unei schimbări reciproce instantanee. Aceasta poate fi reprezentată pur abstract - ca păstrarea unei descrieri formalizate pe fiecare dintre laturi, dar nu sub forma unui fel de entitate reală, reprezentată de natura cuantumului. Iată o continuitate clară a ideii de realitate a existenței formalismelor matematice.
De aceea îl iau atât pe Penrose, cât și pe alți fizicieni similari cu gândire promistică, foarte sceptici, în ciuda autorității lor foarte puternice...
În cartea lui S. Weinberg Dreams of a Final Theory:
Filosofia mecanicii cuantice este atât de irelevantă pentru utilizarea efectivă a acesteia, încât se începe să bănuiască că toate întrebările profunde despre sensul măsurării sunt de fapt goale, generate de imperfecțiunea limbajului nostru, care a fost creat într-o lume guvernată practic de legile lui. fizica clasica.
În articolul Ce este localitatea și de ce nu este în lumea cuantică? , unde problema este rezumată pe baza evenimentelor recente de Alexander Lvovsky, un angajat al RCC și profesor la Universitatea din Calgary:
Nonlocalitatea cuantică există doar în cadrul interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice. În conformitate cu aceasta, atunci când se măsoară o stare cuantică, se prăbușește. Dacă luăm ca bază interpretarea multi-lumi, care spune că măsurarea unei stări doar extinde suprapunerea la observator, atunci nu există o nonlocalitate. Aceasta este doar o iluzie a unui observator care „nu știe” că a intrat într-o stare încurcată cu o particulă la capătul opus al liniei cuantice.
Câteva concluzii din articol și discuția deja existentă.
Există multe interpretări în prezent. diferite niveluri elaborarea, încercând nu numai să descrie fenomenul de încurcare și alte „efecte non-locale”, ci să descrie ipoteze despre natura (mecanismele) acestor fenomene, i.e. ipoteze. Mai mult, predomină opinia că este imposibil să ne imaginăm ceva în acest domeniu, dar nu se poate baza decât pe anumite formalizări.
Cu toate acestea, aceleași formalizări pot arăta cu aproximativ aceeași persuasivitate orice își dorește interpretul, până la a descrie apariția unui nou univers de fiecare dată, în momentul incertitudinii cuantice. Și din moment ce astfel de momente apar în timpul observației, atunci aduceți conștiința - ca un participant direct la fenomenele cuantice.
Pentru o justificare detaliată - de ce această abordare pare complet greșită - vezi articolul Euristică.
Deci, ori de câte ori un alt matematician cool începe să demonstreze ceva de genul unității naturii a două fenomene complet diferite pe baza asemănării descrierii lor matematice (de exemplu, acest lucru se face serios cu legea lui Coulomb și legea gravitației a lui Newton) sau „explica” încâlcerea cuantică prin „dimensiune” specială fără a-mi imagina întruchiparea reală (sau existența meridianelor în formalismul meu pământenilor), o voi ține gata:)
Entanglementul cuantic este un fenomen mecanic cuantic care a început să fie studiat în practică relativ recent - în anii 1970. Constă în următoarele. Imaginați-vă că, în urma unui eveniment, s-au născut doi fotoni simultan. O pereche de fotoni cuantici pot fi obținute, de exemplu, prin strălucirea unui laser cu anumite caracteristici pe un cristal neliniar. Fotonii generați într-o pereche pot avea frecvențe (și lungimi de undă) diferite, dar suma frecvențelor lor este egală cu frecvența excitației inițiale. De asemenea, au polarizări ortogonale în bază rețea cristalină ceea ce facilitează separarea lor spaţială. Când se naște o pereche de particule, trebuie respectate legile de conservare, ceea ce înseamnă că caracteristicile totale (polarizare, frecvență) a două particule au o valoare precunoscută, strict definită. De aici rezultă că, cunoscând caracteristicile unui foton, putem afla cu siguranță caracteristicile altuia. Conform principiilor mecanicii cuantice, până în momentul măsurării, particula se află într-o suprapunere a mai multor stări posibile, iar în timpul măsurării, suprapunerea este îndepărtată și particula se găsește într-o singură stare. Dacă analizăm multe particule, atunci în fiecare stare va exista un anumit procent de particule corespunzător probabilității acestei stări în suprapunere.
Dar ce se întâmplă cu suprapunerea stărilor de particule încurcate în momentul măsurării stării uneia dintre ele? Paradoxul și contraintuitivitatea întanglementării cuantice constă în faptul că caracteristica celui de-al doilea foton este determinată exact în momentul în care am măsurat caracteristica primului. Nu, aceasta nu este o construcție teoretică, acesta este adevărul dur al lumii înconjurătoare, confirmat experimental. Da, implică prezența unei interacțiuni, trădând cu o viteză infinit de mare, depășind chiar și viteza luminii. Cum să folosiți acest lucru în beneficiul omenirii nu este încă foarte clar. Există idei pentru aplicații pentru calculul cuantic, criptografie și comunicare.
Oamenii de știință de la Viena au reușit să dezvolte o tehnică de imagistică complet nouă și extrem de contraintuitivă, bazată pe natura cuantică a luminii. În sistemul lor, imaginea este formată din lumină care nu a interacționat niciodată cu obiectul. Tehnologia se bazează pe principiul întanglementării cuantice. Un articol despre acest lucru a fost publicat în revista Nature. Studiul a implicat angajați ai Institutului pentru Optică Cuantică și Informație Cuantică (IQOQI), Centrului pentru Știință și Tehnologie Cuantică din Viena (VCQ) și Universitatea din Viena.
În experimentul oamenilor de știință vienez, unul dintre perechile de fotoni încâlciți a avut o lungime de undă în partea infraroșie a spectrului și el a fost cel care a trecut prin eșantion. Fratele său avea o lungime de undă corespunzătoare luminii roșii și putea fi detectat de cameră. Fasciculul de lumină generat de laser a fost împărțit în două jumătăți, iar jumătățile au fost direcționate către două cristale neliniare. Obiectul a fost plasat între două cristale. Era o silueta sculptată a unei pisici - în onoarea personajului experimentului speculativ Erwin Schrödinger, care migrase deja în folclor. Un fascicul infraroșu de fotoni din primul cristal a fost îndreptat spre acesta. Apoi acești fotoni au trecut prin al doilea cristal, unde fotonii care au trecut prin imaginea pisicii s-au amestecat cu fotoni infraroșii proaspăt născuți, astfel încât a fost complet imposibil de înțeles în care dintre cele două cristale s-au născut. Mai mult, camera nu a detectat deloc fotonii infraroșii. Ambele fascicule de fotoni roșii au fost combinate și trimise către un dispozitiv de recepție. S-a dovedit că, datorită efectului întanglementării cuantice, au stocat toate informațiile despre obiect necesare pentru a crea o imagine.
Un experiment a condus la rezultate similare, în care imaginea nu era o placă opaca cu un contur decupat, ci o imagine tridimensională din silicon care nu absorbea lumina, ci încetinește trecerea unui foton infraroșu și crea o diferență de fază între fotonii care au trecut prin diferite părți ale imaginii. S-a dovedit că o astfel de plasticitate a afectat și faza fotonilor roșii, care se află într-o stare de încurcare cuantică cu fotonii infraroșii, dar nu au trecut niciodată prin imagine.
Dacă încă nu ai fost lovit de minuni fizică cuantică, atunci după acest articol gândirea ta se va întoarce cu siguranță. Astăzi vă voi spune ce este întanglementul cuantic, dar în cuvinte simple, pentru ca oricine să poată înțelege ce este.
Încurcarea ca o conexiune magică
După ce au fost descoperite efectele neobișnuite care au loc în microcosmos, oamenii de știință au ajuns la o presupunere teoretică interesantă. A urmat tocmai din bazele teoriei cuantice.
În trecut, am vorbit despre modul în care electronul se comportă foarte ciudat.
Dar încâlcerea cuantică, particule elementareîn general contrar oricărui bun simț, dincolo de orice înțelegere.
Dacă au interacționat unul cu celălalt, atunci după separare, o legătură magică rămâne între ei, chiar dacă sunt despărțiți de orice distanță, arbitrar de mare.
Magic în sensul că informațiile dintre ei sunt transmise instantaneu.
După cum se știe din mecanica cuantică, o particulă înainte de măsurare se află într-o suprapunere, adică are mai mulți parametri simultan, este neclară în spațiu și nu are o valoare exactă de spin. Dacă se face o măsurătoare pe una dintr-o pereche de particule care interacționează anterior, adică funcția de undă se prăbușește, atunci a doua imediat, răspunde instantaneu la această măsurătoare. Nu contează cât de departe sunt. Fantezie, nu-i așa.
După cum se știe din teoria relativității a lui Einstein, nimic nu poate depăși viteza luminii. Pentru ca informațiile să ajungă de la o particulă la a doua, este necesar cel puțin să petreceți timpul de trecere a luminii. Dar o particulă reacționează instantaneu la măsurarea celeilalte. Informațiile cu viteza luminii ar fi ajuns la ea mai târziu. Toate acestea nu se încadrează în bunul simț.
Dacă împărțim o pereche de particule elementare cu parametru de spin comun zero, atunci una trebuie să aibă un spin negativ, iar al doilea pozitiv. Dar înainte de măsurare, valoarea spinului este în suprapunere. De îndată ce am măsurat spin-ul primei particule, am văzut că are o valoare pozitivă, așa că imediat a doua dobândește un spin negativ. Dacă, dimpotrivă, prima particulă capătă o valoare negativă a spinului, atunci a doua capătă o valoare pozitivă instantaneu.
Sau o asemenea analogie.
Avem două mingi. Unul este negru, celălalt alb. Le-am acoperit cu ochelari opaci, nu putem vedea care este care. Ne amestecăm ca în jocul cu degetare.
Dacă deschideți un pahar și vedeți că există o minge albă, atunci al doilea pahar este negru. Dar la început nu știm care este care.
Așa este și cu particulele elementare. Dar înainte de a le privi, sunt în suprapunere. Înainte de măsurare, bilele sunt parcă incolore. Dar după ce a distrus suprapunerea unei mingi și văzând că este albă, a doua devine imediat neagră. Și asta se întâmplă instantaneu, indiferent dacă există cel puțin o minge pe pământ și a doua într-o altă galaxie. Pentru ca lumina să ajungă de la o minge la alta în cazul nostru, să zicem că durează sute de ani, iar a doua minge învață că s-a făcut o măsurătoare pe a doua, repet, instantaneu. Există confuzie între ei.
Este clar că Einstein, și mulți alți fizicieni, nu au acceptat un astfel de rezultat al evenimentelor, adică întricarea cuantică. El a considerat concluziile fizicii cuantice ca fiind incorecte, incomplete și a presupus că lipsesc unele variabile ascunse.
Dimpotrivă, paradoxul lui Einstein descris mai sus a fost inventat pentru a arăta că concluziile mecanicii cuantice nu sunt corecte, deoarece încurcarea este contrară bunului simț.
Acest paradox a fost numit paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen, prescurtat ca paradoxul EPR.
Dar experimentele cu încâlcirea efectuate mai târziu de A. Aspect și alți oameni de știință au arătat că Einstein a greșit. Închegarea cuantică există.
Și acestea nu mai erau presupuneri teoretice care decurg din ecuații, ci fapte reale multe experimente privind întanglementarea cuantică. Oamenii de știință au văzut asta în direct, iar Einstein a murit fără să cunoască adevărul.
Particulele interacționează într-adevăr instantaneu, restricțiile privind viteza luminii nu sunt o piedică pentru ele. Lumea s-a dovedit a fi mult mai interesantă și complexă.
Cu intanglementarea cuantică, repet, are loc un transfer instantaneu de informații, se formează o conexiune magică.
Dar cum poate fi asta?
Fizica cuantică de astăzi răspunde la această întrebare într-un mod elegant. Există o conexiune instantanee între particule, nu pentru că informațiile sunt transmise foarte rapid, ci pentru că la un nivel mai profund ele pur și simplu nu sunt separate, ci sunt încă împreună. Ele se află în așa-numita întricare cuantică.
Adică, starea de confuzie este o astfel de stare a sistemului, în care, conform unor parametri sau valori, nu poate fi împărțită în părți separate, complet independente.
De exemplu, electronii după interacțiune pot fi separați la o distanță mare în spațiu, dar spinurile lor sunt încă împreună. Prin urmare, în timpul experimentelor, învârtirile sunt de acord instantaneu unele cu altele.
Înțelegi unde duce asta?
Cunoștințele de astăzi despre fizica cuantică modernă bazate pe teoria decoerenței se rezumă la un singur lucru.
Există o realitate mai profundă, nemanifestată. Și ceea ce observăm ca o lume clasică familiară este doar o mică parte, un caz special al unei realități cuantice mai fundamentale.
Nu conține spațiu, timp, orice parametri ai particulelor, ci doar informații despre acestea, posibilitățile potențiale de manifestare a acestora.
Acest fapt explică în mod grațios și simplu de ce se produce prăbușirea funcției de undă, considerată în articolul anterior, încurcarea cuantică și alte minuni ale microcosmosului.
Astăzi, când vorbesc despre întricarea cuantică, ei își amintesc de cealaltă lume.
Adică, la un nivel mai fundamental, o particulă elementară este nemanifestată. Este situat simultan în mai multe puncte din spațiu, are mai multe valori de rotiri.
Apoi, conform unor parametri, se poate manifesta în lumea noastră clasică în timpul măsurării. În experimentul discutat mai sus, două particule au deja o valoare specifică a coordonatei spațiale, dar spinurile lor sunt încă în realitatea cuantică, nemanifestate. Nu există spațiu și timp, așa că învârtirile particulelor sunt blocate împreună, în ciuda distanței uriașe dintre ele.
Și când ne uităm la ce spin are o particulă, adică facem o măsurătoare, scoatem un fel de spin din realitatea cuantică în lumea noastră obișnuită. Și ni se pare că particulele schimbă informații instantaneu. Doar că erau încă împreună într-un singur parametru, deși erau departe unul de celălalt. Separarea lor este de fapt o iluzie.
Toate acestea par ciudate, neobișnuite, dar acest fapt este deja confirmat de multe experimente. Calculatoarele cuantice se bazează pe încurcarea magică.
Realitatea s-a dovedit a fi mult mai complexă și interesantă.
Principiul întanglementării cuantice nu se potrivește cu viziunea noastră obișnuită asupra lumii.
Așa explică fizicianul-om de știință D.Bohm încheierea cuantică.
Să presupunem că privim peștii într-un acvariu. Dar din cauza unor restricții, putem privi nu acvariul așa cum este, ci doar proiecțiile sale, filmate de două camere în față și lateral. Adică ne uităm la pește, ne uităm la două televizoare. Peștii ni se par altfel, căci îl filmăm cu o cameră în față, cu cealaltă în profil. Dar, în mod miraculos, mișcările lor sunt în mod clar consistente. De îndată ce peștele de pe primul ecran se întoarce, al doilea se întoarce instantaneu și el. Suntem surprinși, fără să ne dăm seama că acesta este același pește.
Deci in experiment cuantic cu două particule. Din cauza limitărilor lor, ni se pare că spinurile a două particule care interacționau anterior sunt independente unele de altele, deoarece acum particulele sunt departe una de cealaltă. Dar de fapt sunt încă împreună, dar într-o realitate cuantică, într-o sursă non-locală. Pur și simplu nu privim realitatea așa cum este cu adevărat, ci cu o distorsiune, în cadrul fizicii clasice.
Teleportarea cuantică în termeni simpli
Când oamenii de știință au aflat despre încurcarea cuantică și despre transferul instantaneu de informații, mulți s-au întrebat: este posibilă teleportarea?
S-a dovedit a fi cu adevărat posibil.
Au fost deja multe experimente de teleportare.
Esența metodei poate fi ușor de înțeles dacă înțelegeți principiul general al încurcăturii.
Există o particulă, de exemplu, un electron A și două perechi de electroni încâlciți B și C. Electronul A și perechea B, C se află în puncte diferite din spațiu, indiferent cât de departe. Și acum să transformăm particulele A și B în întanglement cuantic, adică să le combinăm. Acum C devine exact la fel cu A, deoarece starea lor generală nu se schimbă. Adică, particula A este, parcă, teleportată la particula C.
Astăzi, au fost efectuate experimente mai complexe de teleportare.
Desigur, toate experimentele sunt efectuate până acum numai cu particule elementare. Dar trebuie să recunoști, este incredibil. La urma urmei, toți suntem formați din aceleași particule, oamenii de știință spun că, teoretic, teleportarea obiectelor macro nu este diferită. Trebuie doar să rezolvi setul probleme tehniceși este doar o chestiune de timp. Poate că, în dezvoltarea sa, umanitatea va atinge capacitatea de a teleporta obiecte mari și chiar persoana însuși.
realitatea cuantică
Încurcarea cuantică este integritate, continuitate, unitate la un nivel mai profund.
Dacă, conform unor parametri, particulele se află în întricare cuantică, atunci în conformitate cu acești parametri, pur și simplu nu pot fi împărțite în părți separate. Ele sunt interdependente. Asemenea proprietăți sunt pur și simplu fantastice din punctul de vedere al lumii familiare, dincolo, s-ar putea spune de altă lume și transcendent. Dar acesta este un fapt din care nu există nicio scăpare. Este timpul să recunoaștem asta.
Dar unde duc toate acestea?
Se pare că multe învățături spirituale ale omenirii au vorbit de mult despre această stare de lucruri.
Lumea pe care o vedem, formată din obiecte materiale, nu este baza realității, ci doar o mică parte din ea și nu cea mai importantă. Există o realitate transcendentală care stabilește, determină tot ceea ce se întâmplă cu lumea noastră și, prin urmare, nouă.
Acolo se află răspunsurile reale la întrebările eterne despre sensul vieții, adevărata dezvoltare a unei persoane, găsirea fericirii și a sănătății.
Și acestea nu sunt cuvinte goale.
Toate acestea duc la regândire valorile vieții, înțelegând că pe lângă cursa fără sens pentru bunurile materiale, există ceva mai important și mai înalt. Și această realitate nu este undeva acolo, ne înconjoară peste tot, ne pătrunde, este, după cum se spune, „la îndemâna noastră”.
Dar să vorbim despre asta în articolele următoare.
Acum, vizionați un videoclip despre încrucișarea cuantică.
Trecem lin de la intricarea cuantică la teorie. Mai multe despre asta în următorul articol.
Ce iese din mecanica cuantică
Particulele cuantice pot fi în două tipuri de stări, conform manualului clasic de Landau și Lifshitz - pure și amestecate. Dacă o particulă nu interacționează cu alte particule cuantice, este descrisă de o funcție de undă care depinde doar de coordonatele sau de momentele sale - o astfel de stare se numește pură. În acest caz, funcția de undă respectă ecuația Schrödinger. O altă variantă este posibilă - particula interacționează cu alte particule cuantice. În acest caz, funcția de undă se referă deja la întregul sistem de particule care interacționează și depinde de toate variabilele lor dinamice. Dacă ne interesează doar o particulă, atunci starea ei, așa cum a arătat Landau în urmă cu 90 de ani, poate fi descrisă de un operator de matrice sau de densitate. Matricea densității respectă o ecuație similară cu ecuația SchrödingerUnde este matricea densității, H este operatorul Hamilton, iar parantezele indică comutatorul.
Landau l-a scos. Orice mărime fizică legată de o anumită particulă poate fi exprimată în termeni de matrice de densitate. Această stare se numește mixtă. Dacă avem un sistem de particule care interacționează, atunci fiecare dintre particule este într-o stare mixtă. Dacă particulele s-au împrăștiat pe distanțe lungi și interacțiunea a dispărut, starea lor va rămâne în continuare amestecată. Dacă fiecare dintre mai multe particule este în stare pură, atunci funcția de undă a unui astfel de sistem este produsul funcțiilor de undă ale fiecăreia dintre particule (dacă particulele sunt diferite. Pentru particule identice, bozoni sau fermioni, este necesar să se faceți o combinație simetrică sau antisimetrică, vedeți, dar mai multe despre asta mai târziu.Identitatea particulelor, fermionilor și bosonilor este deja o teorie cuantică relativistă.
O stare încurcată a unei perechi de particule este o stare în care există o corelație constantă între mărimile fizice legate de diferite particule. Un exemplu simplu și cel mai comun este stocarea unui anumit total cantitate fizica, cum ar fi spinul total sau momentul unghiular al perechii. O pereche de particule în acest caz este în stare pură, dar fiecare dintre particule este într-o stare mixtă. Se poate părea că o schimbare a stării unei particule va afecta imediat starea altei particule. Chiar dacă s-au împrăștiat departe și nu interacționează, acesta este ceea ce se exprimă în articolele populare. Acest fenomen a fost deja numit teleportare cuantică.Unii jurnaliști analfabeti susțin chiar că schimbarea are loc instantaneu, adică se răspândește mai repede decât viteza luminii.
Luați în considerare acest lucru din punctul de vedere al mecanicii cuantice. În primul rând, orice acțiune sau măsurătoare care modifică spinul sau momentul unghiular al unei singure particule încalcă imediat legea conservării caracteristicii totale. Operatorul corespunzător nu poate face naveta cu spin total sau moment unghiular total. Astfel, încurcarea inițială a stării unei perechi de particule este încălcată. Spinul sau momentul celei de-a doua particule nu mai poate fi legat în mod unic de cel al primei. Puteți lua în considerare această problemă din cealaltă parte. După ce interacțiunea dintre particule a dispărut, evoluția matricei de densitate a fiecăreia dintre particule este descrisă prin propria ecuație, care nu include variabilele dinamice ale celeilalte particule. Prin urmare, impactul asupra unei particule nu va schimba matricea de densitate a celeilalte.
Există chiar și teorema lui Eberhard, care afirmă că influența reciprocă a două particule nu poate fi detectată prin măsurători. Să fie sistem cuantic, care este descris de matricea densității. Și să fie acest sistem alcătuit din două subsisteme A și B. Teorema lui Eberhard afirmă că nicio măsurare a observabilelor asociate numai cu subsistemul A nu afectează rezultatul măsurării oricăror observabile care sunt asociate numai cu subsistemul B. Cu toate acestea, demonstrarea teoremei folosește valul ipoteza reducerii.funcţie care nu a fost dovedită nici teoretic, nici experimental. Dar toate aceste considerații sunt făcute în cadrul mecanicii cuantice non-relativiste și se referă la particule diferite, nu identice.
Aceste argumente nu funcționează în teoria relativistă în cazul unei perechi de particule identice. Permiteți-mi să vă reamintesc încă o dată că identitatea sau indistinguirea particulelor provine din mecanica cuantică relativistă, unde numărul de particule nu este conservat. Cu toate acestea, pentru particulele lente, putem folosi aparatul mai simplu al mecanicii cuantice non-relativiste, pur și simplu ținând cont de indistinguirea particulelor. Atunci funcția de undă a perechii trebuie să fie simetrică (pentru bozoni) sau antisimetrică (pentru fermioni) în raport cu permutarea particulelor. O astfel de cerință apare în teoria relativistă, indiferent de vitezele particulelor. Această cerință este cea care conduce la corelații pe distanță lungă ale unei perechi de particule identice. În principiu, un proton cu un electron poate fi, de asemenea, într-o stare încurcată. Cu toate acestea, dacă diverg cu câteva zeci de angstromi, atunci interacțiunea cu câmpuri electromagnetice iar alte particule vor distruge această stare. Interacțiunea de schimb (cum este numit acest fenomen) acționează la distanțe macroscopice, așa cum arată experimentele. O pereche de particule, chiar și dispersate pe metri, rămâne nedistinsă. Dacă efectuați o măsurătoare, atunci nu știți exact la ce particulă se referă cantitatea măsurată. Măsurați câteva particule în același timp. Prin urmare, toate experimentele spectaculoase au fost efectuate cu aceleași particule - electroni și fotoni. Strict vorbind, aceasta nu este chiar starea încurcată care este considerată în cadrul mecanicii cuantice nonrelativiste, ci ceva similar.
Luați în considerare cel mai simplu caz - o pereche de particule identice care nu interacționează. Dacă vitezele sunt mici, putem folosi mecanica cuantică non-relatistă, ținând cont de simetria funcției de undă în raport cu permutarea particulelor. Fie funcția de undă a primei particule , a doua particulă - , unde și sunt variabilele dinamice ale primei și celei de-a doua particule, în cel mai simplu caz, doar coordonate. Apoi funcția de undă a perechii
Semnele + și – se referă la bozoni și fermioni. Să presupunem că particulele sunt îndepărtate. Apoi sunt localizați în regiunile îndepărtate 1 și, respectiv, 2, adică în afara acestor regiuni sunt mici. Să încercăm să calculăm valoarea medie a unei variabile a primei particule, de exemplu, coordonatele. Pentru simplitate, ne putem imagina că doar coordonatele intră în funcțiile de undă. Se pare că valoarea medie a coordonatelor particulei 1 se află ÎNTRE regiunile 1 și 2 și coincide cu valoarea medie a particulei 2. Acest lucru este de fapt natural - particulele nu se pot distinge, nu putem ști care particulă sunt măsurate coordonatele. . În general, toate valorile medii pentru particulele 1 și 2 vor fi aceleași. Aceasta înseamnă că prin mutarea zonei de localizare a particulei 1 (de exemplu, particula este localizată în interiorul unui defect al rețelei cristaline și mutam întregul cristal), acționăm asupra particulei 2, deși particulele nu interacționează în sensul obișnuit - printr-un câmp electromagnetic, de exemplu. Acesta este un exemplu simplu de încurcătură relativistă.
Nu are loc un transfer instantaneu de informații între cele două particule din cauza acestor corelații. Aparatul teoriei cuantice relativiste a fost construit inițial în așa fel încât evenimentele situate în spațiu-timp pe părți opuse ale conului de lumină nu se pot influența reciproc. Mai simplu spus, niciun semnal, niciun impact sau perturbare nu se poate propaga mai rapid decat lumina. Ambele particule sunt de fapt starea unui câmp, de exemplu, electron-pozitron. Acționând asupra câmpului într-un punct (particula 1), creăm o perturbație care se propagă ca valurile pe apă. În mecanica cuantică non-relatistă, viteza luminii este considerată a fi infinit de mare, ceea ce dă naștere iluziei schimbării instantanee.
Situația în care particulele separate de distanțe mari rămân legate în perechi pare paradoxală din cauza ideilor clasice despre particule. Trebuie să ne amintim că în realitate nu există particule, ci câmpuri. Ceea ce credem ca fiind particule sunt pur și simplu stări ale acestor câmpuri. Ideea clasică a particulelor este complet nepotrivită în microcosmos. Imediat apar întrebări cu privire la dimensiunea, forma, materialul și structura particulelor elementare. De fapt, situațiile care sunt paradoxale pentru gândirea clasică apar și cu o particulă. De exemplu, în experimentul Stern-Gerlach, un atom de hidrogen zboară printr-un câmp magnetic neomogen direcționat perpendicular pe viteza. Spinul nucleului poate fi neglijat din cauza micii magnetonului nuclear, lasă spinul electronului să fie inițial direcționat de-a lungul vitezei.
Evoluția funcției de undă a unui atom nu este greu de calculat. Pachetul inițial de unde localizate se împarte în două identice, zburând simetric la un unghi față de direcția inițială. Adică, un atom, o particulă grea, de obicei considerată una clasică cu o traiectorie clasică, s-a împărțit în două pachete de unde care se pot împrăștia pe distanțe destul de macroscopice. În același timp, observ că din calcul rezultă că nici măcar experimentul ideal Stern-Gerlach nu este capabil să măsoare spinul particulelor.
Dacă detectorul leagă un atom de hidrogen, de exemplu, chimic, atunci „jumătățile” - două pachete de unde împrăștiate, sunt colectate într-unul singur. Modul în care se produce o astfel de localizare a unei particule mânjite este o teorie existentă separat, pe care nu o înțeleg. Cei interesați pot găsi o literatură extinsă pe acest subiect.
Concluzie
Apare întrebarea - care este sensul numeroaselor experimente pentru a demonstra corelațiile dintre particulele la distanțe mari? Pe lângă confirmarea mecanicii cuantice, de care niciun fizician normal nu s-a îndoit de mult timp, aceasta este o demonstrație spectaculoasă care impresionează publicul și oficialii amatori care alocă fonduri pentru știință (de exemplu, dezvoltarea liniilor de comunicare cuantică este sponsorizată de Gazprombank) . Pentru fizică, aceste demonstrații costisitoare nu fac nimic, deși fac posibilă dezvoltarea tehnicilor experimentale.Literatură
1. Landau, L. D., Lifshits, E. M. Mecanica cuantică (teorie nonrelativistă). - Ediția a III-a, revizuită și mărită. - M.: Nauka, 1974. - 752 p. - („Fizica teoretică”, Volumul III).
2. Eberhard, P.H., „Teorema lui Bell și diferitele concepte de nonlocalitate”, Nuovo Cimento 46B, 392-419 (1978)
