Що таке квантова заплутаність простими словами? Телепортація – чи це можливо? Чи експериментально доведено можливість телепортації? Що таке кошмар Енштейна? У цій статті Ви отримаєте відповіді на ці запитання.
Ми у фантастичних фільмах та книгах часто зустрічаємося з телепортацією. Ви замислювалися, чому те, що вигадали письменники, згодом стає нашою реальністю? Як їм вдається пророкувати майбутнє? Думаю, це не випадковість. Часто письменники-фантасти мають великі знання з фізики та інших наук, що в поєднанні з їх інтуїцією і неабиякою фантазією допомагає їм побудувати ретроспективний аналіз минулого і змоделювати події майбутнього.
Зі статті Ви дізнаєтесь:
- Що таке квантова заплутаність?
Концепція «Квантова заплутаність»виникло з теоретичного припущення, що з рівнянь квантової механіки. Воно означає ось що: якщо дві квантові частинки (ними можуть бути електрони, фотони) виявляються взаємозалежними (заплутаними), то зв'язок зберігається, навіть якщо їх рознести в різні частини Всесвіту
Відкриття квантової заплутаності певною мірою пояснює теоретичну можливість телепортації.
Якщо коротко, то спиномквантової частки (електрона, фотона) називається її власний кутовий момент. Спин можна подати у вигляді вектора, а саму квантову частинку – у вигляді мікроскопічного магнітика.
Важливо зрозуміти, що коли за квантом, наприклад, електроном ніхто не спостерігає, він має всі значення спина одночасно. Це фундаментальне поняття квантової механіки називається "суперпозицією".
Уявіть, що Ваш електрон обертається одночасно за годинниковою стрілкою та проти годинникової стрілки. Тобто він одразу в обох станах спина (вектор спина вгору/вектор спина вниз). Уявили? ОК. Але як тільки з'являється спостерігач та вимірює його стан, електрон сам визначає, який вектор спина йому прийняти – вгору чи вниз.
Бажаєте дізнатися, як вимірюють спин електрона?Його поміщають у магнітне поле: електрони зі спином проти напрямку поля, і зі спином у напрямку поля відхилиться у різні боки. Спини фотонів вимірюють, направляючи поляризаційний фільтр. Якщо спин (або поляризація) фотона "-1", то він не проходить через фільтр, а якщо "+1", то проходить.
РезюмеЯк тільки Ви виміряли стан одного електрона та визначили, що його спин «+1», то пов'язаний або «заплутаний» з ним електрон набуває значення спина «-1». Причому миттєво, навіть якщо він на Марсі. Хоча до вимірювання стану 2-го електрона, він мав обидва значення спина одночасно (+1 і -1).
Цей феномен, доведений математично, дуже не подобався Енштейну. Тому що він суперечив його відкриттю, що немає швидкості більше, ніж швидкість світла. Але поняття заплутаних частинок доводило: якщо одна із заплутаних частинок перебуватиме на Землі, а 2-а – на Марсі, то 1-а частка в момент виміру її стану миттєво (швидше за швидкість світла) передає 2-й частинці інформацію, яке значення спина їй прийняти. А саме: протилежне значення.
Суперечка Енштейна з Бором. Хто правий?
Енштейн називав «квантову заплутаність» SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (нім.) або лякаючою, примарною, надприродною дією на відстані.
Енштейн не погоджувався з інтерпретацією Бора про квантову заплутаність частинок. Бо це суперечило його теорії, що інформація не може передаватися зі швидкістю більшою за швидкість світла.У 1935 році він опублікував статтю з описом уявного експерименту. Цей експеримент назвали «Парадоксом Ейнштейна – Подільського – Розена».
Енштейн погоджувався, що пов'язані частки можуть існувати, але придумав інше пояснення миттєвої передачі між ними. Він сказав, що «заплутані частинки» швидше нагадують пару рукавичок.Уявіть, що у Вас є пара рукавичок. Ліву Ви поклали в одну валізу, а праву – в другу. 1-ю валізу Ви відправили другу, а 2-у – на Місяць. Коли друг отримає валізу, він знатиме, що у валізі або ліва, або права рукавичка. Коли ж він відкриє чемодан і побачить, що в ньому ліва рукавичка, то він миттєво дізнається, що на Місяці – права. І це не означає, що друг вплинув на те, що у валізі ліва рукавичка і не означає, що ліва рукавичка миттєво передала інформацію правою. Це тільки означає те, що властивості рукавичок були спочатку такими, як їх розділили. Тобто. у заплутані квантові частки спочатку закладено інформацію про їх стани.
То хто ж мав рацію Бор, який вважав, що пов'язані частки передають один одному інформацію миттєво, навіть якщо вони рознесені на величезні відстані? Або Енштейн, який вважав, що ніякого надприродного зв'язку немає, і все зумовлено задовго до виміру.
Ця суперечка на 30 років перемістилася в область філософії. Чи вирішилася суперечка з тих часів?
Теорема Белла. Суперечка вирішена?
Джон Клаузер, ще аспірантом Колумбійського університету, в 1967 відшукав забуту роботу ірландського фізика Джона Белла. Це була сенсація: виявляється Беллу вдалося вивести з глухого кута суперечку Бора і Енштейна. Він запропонував експериментально перевірити обидві гіпотези. Для цього він запропонував побудувати машину, яка б створювала та порівнювала багато пар заплутаних частинок. Джон Клаузер почав розробляти таку машину. Його машина могла створювати тисячі пар заплутаних частинок та порівнювати їх за різними параметрами. Результати експериментів доводили правоту Бора.
А невдовзі французький фізик Ален Аспе провів досліди, один із яких стосувався самої суті суперечки між Енштейном та Бором. У цьому досвіді вимірювання однієї частинки могло прямо вплинути на іншу тільки у випадку, якщо сигнал від 1 до 2 пройшов би зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. Але сам Енштейн довів, що це неможливо. Залишалося лише одне пояснення – незрозумілий, надприродний зв'язок між частинками.
Результати дослідів довели, що теоретичне припущення квантової механіки є вірним.Квантова заплутаність - це реальність ( Квантова заплутаність Вікіпедія). Квантові частинки можуть бути пов'язані незважаючи на величезні відстані.Вимірювання стану однієї частинки впливає стан далеко розташованої від неї 2-ї частинки так, як би відстані між ними не існувало. Надприродний зв'язок на відстані відбувається насправді.
Залишається питання, чи телепортація можлива?
Чи підтверджено телепортацію експериментально?
Японські вчені ще 2011 року вперше у світі телепортували фотони! Миттєво перемістили з пункту А пункт Б пучок світла.
Хочете, щоб за 5 хвилин все, що Ви прочитали про квантову заплутаність, розклалося по поличках – перегляньте це відео чудове відео.
До зустрічі!
Бажаю всім цікавих проектів, що надихають!
P.S. Якщо стаття була Вам корисною і зрозумілою, не забудьте поділіться нею.
P.S. Пишіть Ваші думки, запитання у коментарях. Які ще питання щодо квантової фізики Вам цікаві?
P.S. Підписуйтесь на блог – форма для підписки під статтею.
Належить до «Теорії світобудови»Квантова заплутаність
В інтернеті є настільки багато добротних статей, що допомагають виробити адекватні уявлення про "заплутані стани", що залишається робити найбільш підходящі вибірки, будуючи той рівень опису, який здається прийнятним для світоглядного сайту.
Тема статті: багатьом близька думка, що всі чудасії заплутаних станів можна було б пояснити так. Перемішуємо чорну і білу кулі, не дивлячись, розфасовуємо в коробочки і відправляємо в різні боки. Відкриваємо коробочку на одному боці, дивимося: чорна куля, після чого на 100% впевнені, що в іншій коробочці – біла. От і все:)
Мета статті - не суворе занурення у всі особливості розуміння "заплутаних станів", а складання системи загальних уявлень, з розумінням основних принципів. Саме так і варто ставитись до всього викладеного:)
Відразу поставимо визначальний контекст. Коли фахівці (а не далекі від даної специфіки обговорювачі, нехай навіть у чомусь вчені) говорять про сплутаність квантових об'єктів, то мають на увазі не те, що це утворює одне ціле з певним зв'язком, а те, що один об'єкт стає квантовим. характеристикам такий самий як інший (але не всім, а тим, які допускають ідентичність у парі за законом Паулі, так спин у поплутаної пари не ідентичний, а взаємно комплементарний). Тобто. це ніякий не зв'язок і ніякий не процес взаємодії, нехай і може описуватися загальною функцією. Це – характеристика стану, яку можна “телепортувати” від одного об'єкта, іншому (до речі тут теж повально часто хибне тлумачення слова “телепортувати”). Якщо відразу не визначитися в цьому, то можна зайти дуже далеко в містику. Тому насамперед усі, хто цікавиться питанням, повинні чітко бути впевненими в тому, що саме мають на увазі під “сплутаністю”.
Те, заради чого була затіяна ця стаття, зводиться до одного питання. Відмінність поведінки квантових об'єктів від класичних проявляється в єдино відомому поки методі перевірки: дотримується чи ні певна умова перевірки - нерівність Белла (нижче докладніше), яка для "заплутаних" квантових об'єктів поводиться так, ніби існує зв'язок між посланим в різні боки об'єктами. Але зв'язок хіба що реальна, т.к. ні інформацію, ні енергію передати неможливо.
Мало того, цей зв'язок не залежить ні від відстані, ні від часу: якщо два об'єкти були "сплутані", то, незалежно від збереження кожного з них, другий поводиться так, ніби зв'язок все ж таки існує (хоча наявність такого зв'язку можна виявити тільки при вимірі обох об'єктів, такий вимір можна рознести в часі: спочатку виміряти, потім знищити один із об'єктів, а другий виміряти пізніше (наприклад, див. Р.Пенроуз). Зрозуміло, що будь-який вид "зв'язку" стає важко зрозумілим у цьому випадку і питання постає так: чи може бути таким закон ймовірності випадання вимірюваного параметра (який описується хвильовою функцією), щоб на кожному з кінців нерівність не порушувалася, а за загальної статистики з обох зрештою - порушувалося - і без будь-якого зв'язку, природно, крім зв'язку актом загального виникнення.
Заздалегідь дам відповідь: так, може, за умови, що ці ймовірності - не "класичні", а оперують комплексними змінними для опису "суперпозиції станів" - як одночасного знаходження всіх можливих станів з певною ймовірністю для кожного.
Для квантових об'єктів описник їхнього стану (хвильова функція) - саме такий. Якщо говорити про опис положення електрона, то ймовірність його знаходження визначає топологію "хмари" - форму електронної орбіталі. У чому різниця між класикою та квантами?
Уявимо собі велосипедне колесо, що швидко обертається. Десь на ньому прикріплений червоний диск бокового відбивача фар, але бачимо лише щільнішу тінь розмитості в цьому місці. Імовірність того, що сунувши палицю в колесо, відбивач зупиниться у певному положенні від палиці просто визначається: одна палиця - одне якесь положення. Сунемо дві палиці, але зупинить колесо тільки та, яка виявиться трохи раніше. Якщо ми намагатимемося сунути палиці абсолютно одночасно, домагаючись, щоб не було часу між кінцями палиці, що зіткнулися з колесом, з'явиться деяка невизначеність. У "не було часу" між взаємодіями із суттю об'єкта - вся суть розуміння квантових чудес:)
Швидкість "обертання" того, що визначає форму електрона (поляризації - поширення електричного обурення) дорівнює граничній швидкості, з якою взагалі щось може поширюватися в природі (швидкості світла у вакуумі). Ми знаємо висновок теорії відносності: в цьому випадку час для цього обурення стає нульовим: немає нічого в природі, що могло б здійснитися між будь-якими двома точками поширення цього обурення, часу для нього не існує. Це означає, що обурення здатне взаємодіяти з будь-якими іншими "палками", що впливають на нього, без витрати часу. одночасно. І ймовірність того, який результат буде отримано в конкретній точці простору при взаємодії, повинен обчислюватися ймовірністю, що враховує цей релятивістський ефект: Через те, що для електрона немає часу, він не здатний вибрати ні найменшої відмінності між двома "палками" при взаємодії з ними і робить це одночаснозі своєї "точки зору": електрон проходить у дві щілини одночасно з різною щільністю хвилі в кожній і потім інтерферує між самим собою як дві хвилі, що наклалися.
Ось у чому різниця в описах ймовірностей у класиці та квантах: квантові кореляції "сильніші" за класичні. Якщо результат випадання монетки залежить від безлічі факторів, що впливають, але в цілому вони однозначно детерміновані так, що варто тільки зробити точний автомат для викидання монеток, і вони стануть падати однаково, - випадковість "зникла". Якщо ж зробити автомат, що тикає в електронну хмару, то результат визначиться тим, що кожен стусан потраплятиме в щось завжди, тільки з різною щільністю суті електрона в цьому місці. Інших факторів, крім статичного розподілу ймовірності знаходження вимірюваного параметра в електроні немає і це вже детермінізм зовсім іншого роду, ніж у класиці. Але це теж детермінізм, тобто. він завжди обчислюємо, відтворюємо, тільки з особливістю, що описується хвильовою функцією. При цьому такий квантовий детермінізм стосується лише цілісного опису хвилі кванта. Проте, через відсутність свого часу для кванта, він взаємодіє абсолютно випадково, тобто. немає жодного критерію заздалегідь передбачити результат виміру сукупності його параметрів. У цьому сенсі (у класичному уявленні) він абсолютно недетермінований.
Електрон реально і справді існує у вигляді статичної освіти (а не точки, що крутиться по орбіті) - стоячої хвилі електричного обурення, у якої існує ще один релятивістський ефект: перпендикулярно основній площині "поширення" (зрозуміло чому в лапках:) електричного полявиникає також статична область поляризації, яка здатна впливати на таку саму область іншого електрона: магнітний момент. p align="justify"> Електрична поляризація в електроні дає ефект електричного заряду, його відображення в просторі у вигляді можливості впливу на інші електрони - у вигляді магнітного заряду, який не буває сам по собі без електричного. І якщо в електронейтральному атомі електричні заряди компенсовані зарядами ядер, то магнітні можуть бути орієнтовані в один бік і ми отримаємо магніт. Глибокі уявлення про це - у статті .
Те, в який бік буде спрямовано магнітний момент електрона – називається спином. Тобто. спин - прояв способу накладання хвилі електричної деформації він із заснуванням стоячої хвилі. Числове значення спина відповідає характеристиці накладання хвилі на себе. У електрона: +1/2або -1/2 (символ символізує напрямок бічного зміщення поляризації - "магнітний" вектор).
Якщо на зовнішньому електронному шарі атома є один електрон і раптом до нього приєднується ще один (освіта ковалентного зв'язку), то вони, як два магнітики, відразу встають у позицію 69, утворюючи спарену конфігурацію з енергією зв'язку, яку потрібно розірвати, щоб знову розділити ці електрони. Загальний спин такої пари – 0.
Спін – той параметр, який відіграє важливу роль при розгляді заплутаних станів. У електромагнітного кванта, що вільно поширюється, суть умовного параметра "спин" все та ж: орієнтація магнітної складової поля. Але вона вже не статична і не призводить до виникнення магнітного моменту. Щоб її зафіксувати, потрібен не магніт, а щілина поляризатора.
Для затравки уявлень про квантові заплутаності пропоную прочитати популярну і невелику статтю Олексія Левіна: Пристрасть на відстані . Будь ласка, перейдіть за посиланням та прочитайте до того, як продовжувати:)
Отже, конкретні параметри вимірювання реалізуються тільки при вимірі, а до того вони існували у вигляді того розподілу ймовірностей, який становив видиму макросвітом статику релятивістських ефектів динаміки поширення поляризації мікросвіту. Зрозуміти суть того, що відбувається в квантовому світі - означає перейнятися у прояви таких релятивістських ефектів, які насправді надають квантовому об'єкту властивості бути. одночасноу різних станах до моменту конкретного виміру.
"Заплутаний стан" це - цілком детермінований стан двох частинок, що мають настільки однакову залежність опису квантових властивостей, що на обох кінцях проявляються узгоджені кореляції, в силу особливостей суті квантової статики, що мають узгоджену поведінку. На відміну від макро статистики, у квантовій статистиці можливе збереження таких кореляцій у рознесених у просторі та часі раніше узгоджених за параметрами об'єктів. Це проявляється у статистиці виконання нерівностей Белла.
Чим відрізняється хвильова функція (наш абстрактний опис) незаплутаних електронів двох атомів водню (при тому, що її параметрами будуть загальноприйняті квантові числа)? Нічим, крім того, що спин неспареного електрона випадковий без порушення нерівностей Белла. У разі утворення спареної кульової орбіталі в атомі гелію, або в ковалентних зв'язках двох атомів водню, з утворенням молекулярної орбіталі, узагальненої двома атомами, параметри двох електронів виявляються взаємно узгодженими. Якщо заплутані електрони розщепити, і вони починають рух у різні боки, то їх хвильової функції з'являється параметр, що описує зміщення щільності ймовірності у просторі від часу - траєкторію. І це зовсім не означає розмазаності функції в просторі просто тому, що ймовірність знаходження об'єкта стає нульовою на деякому віддаленні і позаду не залишається нічого, щоб вказувало на ймовірність знаходження електрона. Тим більше це очевидно у разі рознесення пари у часі. Тобто. виникають два локальних та незалежних описувачі, що зміщуються в протилежних напрямках частинок. Хоча все ще можна використовувати один загальний описник, - право того, хто формалізує:)
Крім всього, оточення частинок не може залишатися байдужим і так само піддається модифікації: описувачі хвильової функції частинок оточення змінюються та беруть участь у результуючій квантовій статистиці своїм впливом (породжуючи такі явища як декогеренція). Але зазвичай майже нікому на думку не спадає описувати це загальною хвильовою функцією, хоча і це можливо.
У багатьох джерел можна докладно ознайомитися з цими явищами.
М.Б.Менський пише:
"Одна з цілей цієї статті... обґрунтувати думку, що існує формулювання квантової механіки, в якій не виникає жодних парадоксів і в рамках якої можна відповісти на всі питання, які зазвичай ставлять фізики. Парадокси виникають лише тоді, коли дослідник не задовольняється цим "фізичним" рівнем теорії, коли він ставить такі питання, які у фізиці ставити не прийнято, іншими словами - коли він бере на себе сміливість спробувати вийти за межі фізики. ...Специфічні риси квантової механіки, пов'язані із заплутаними станами, вперше були сформульовані у зв'язку з ЕПР-парадоксом, проте нині вони сприймаються як парадоксальні. Для людей, які професійно працюють з квантовомеханічним формалізмом (тобто для більшості фізиків) немає нічого парадоксального ні в ЕПР-парах, ні навіть у дуже складних заплутаних станах з більшим числомдоданків і великою кількістю факторів у кожному доданку. Результати будь-яких дослідів з такими станами, в принципі, легко прораховуються (хоча технічні труднощі при розрахунку складних заплутаних станів, звичайно, можливі)."
Хоча, треба сказати, у міркуваннях про роль свідомості, усвідомленого вибору в квантовій механіці Менський виявляється таким, що бере " на себе сміливість спробувати вийти за межі фізикиЯк квантовий професіонал Менський хороший, але в механізмах психіки він, як і Пенроуз - наївний.
Дуже коротко і умовно (тільки для схоплювання суті) про використання заплутаних станів у квантовій криптографії та телепортації (бо саме це вражає уяву вдячних глядачів).
Отже, криптографія. Потрібно передати послідовність 1001
Використовуємо два канали. По першому пускаємо заплутану частинку, по другому - інформацію про те, як потрібно інтерпретувати отримані дані у вигляді одного біта.
Припустимо, що є альтернатива можливого стану квантовомеханічного параметра спин, що використовується, в умовних станах: 1 або 0. При цьому ймовірність їх випадань з кожною випущеною парою частинок - воістину випадкова і не передає ніякого сенсу.
Перша передача. При вимірі тутсталося, що в частки стан 1. Значить в іншої - 0. Щоб на томНаприкінці отримати необхідну одиницю передаємо біт 1. тамміряють стан частки і, щоб дізнатися, що воно означає, складають з переданої 1. Одержують 1. Заодно перевіряють білому, що сплутаність була порушена, тобто. інформація не перехоплена.
Друга передача Вийшов знову стан 1. В інший 0. Передаємо інфо - 0. Складаємо, отримуємо потрібну 0.
Третя передача Вийшов стан тут 0. Там, отже - 1. Щоб отримати 0, передаємо 0. Складаємо, отримуємо 0 (у молодшому розряді).
Четверте. Тут – 0, там – 1, потрібно щоб було інтерпретовано як 1. Передаємо інфу – 0.
Ось у такому принципі. Прехоплення інфо каналу марний через абсолютно некорелювану послідовність (шифрування ключем стану першої частки). Перехоплення заплутаного каналу - порушує прийом та виявляється. Статистика передачі з обох кінців (на приймальному кінці мають всі необхідні дані по кінці, що передається) по Беллу визначає коректність і неперехопленість передачі.
У цьому полягає телепортація. Жодного довільного нав'язування стану частинці там не відбувається, а відбувається тільки передбачення того, який буде цей стан після того (і тільки після того) як тут частка буде виведена зі зв'язку вимірюванням. І тоді кажуть типу, що відбулася передача квантового стану із руйнуванням комплементарного стану у вихідній точці. Отримавши інфу про стан тут, можна тим чи іншим способом скоригувати квантовомеханічний параметр так, щоб він виявився ідентичним такому тут, але тут його вже не буде, і говорять про виконання заборони на клонування у зв'язаному стані.
Схоже, що жодні аналоги цих явищ у макросвіті, жодні кулі, яблука тощо. від класичної механікищо неспроможні послужити для інтерпретації прояви такого характеру квантових об'єктів (насправді принципових перешкод цьому немає, що буде показано нижче у підсумковій засланні). У цьому головна труднощі для тих, хто хоче отримати зриме "пояснення". Це не означає, що таке не уявляє, як заявляється часом. Це означає, що потрібно досить ретельно попрацювати над релятивістками уявленнями, які грають визначальну роль у квантовому світі і пов'язують світ квантів з макросвітом.
Але це не обов'язково. Згадаймо головне завдання уявлення: яким має бути закон матеріалізації вимірюваного параметра (який описується хвильової функцією), щоб у кожному кінці нерівність не порушувалося, а за загальної статистики з обох кінців - порушувалося. Існує безліч інтерпретацій для розуміння цього, які використовують допоміжні абстракції. Вони говорять про те саме різними мовамитаких абстракцій. З них дві - найвагоміші по роздільній серед носіїв уявлень коректності. Сподіваюся, що після сказаного буде зрозуміло, що мають на увазі:)
Копенгагенська інтерпретація зі статті про феномен Ейнштейна - Подільського - Розена:
" (ЕПР-парадокс) - парадокс, що здається... Справді, уявімо собі, що на двох планетах у різних кінцях Галактики є дві монетки, що випадають завжди однаково. Якщо запротоколювати результати всіх підкидань, а потім порівняти їх, вони збігатимуться. Самі ж випадання є випадковими, на них ніяк не можна вплинути. Не можна, наприклад, домовитися, що орел – це одиниця, а решка – це нуль, і передавати таким чином двійковий код. Адже послідовність нулів та одиниці буде випадковою і на тому і на іншому «кінці дроту» і не нестиме ніякого сенсу.
Виходить, що феномен є пояснення, логічно сумісне і з теорією відносності, і з квантовою механікою.
Можна подумати, що це пояснення надто неправдоподібне. Це настільки дивно, що Альберт Ейнштейн ніколи не повірив у «бога, який грає в кістки». Але ретельні експериментальні перевірки нерівностей Белла показали, що в нашому світі є нелокальні випадковості.
Важливо підкреслити одне вже згадане наслідок цієї логіки: вимірювання над заплутаними станами тільки тоді не порушуватимуть теорії відносності і причинності, якщо вони істинно випадкові. Не повинно бути жодного зв'язку між обставинами виміру та обуренням, ані найменшої закономірності, бо інакше з'явилася б можливість миттєвої передачі інформації. Таким чином, квантова механіка (у копенгагенській інтерпретації) та існування заплутаних станів доводять наявність індетермінізму у природі."
У статистичній інтерпретації це показується через поняття "статистичних ансамблів" (той самий):
З погляду статистичної інтерпретації, дійсними об'єктами вивчення в квантовій механіці є не поодинокі мікрооб'єкти, а статистичні ансамблі мікрооб'єктів, що знаходяться в однакових макроумовах. Відповідно, фраза «частка знаходиться в такому стані» насправді означає «частка належить такому статистичному ансамблю» (що складається з безлічі аналогічних частинок). Тому вибір у вихідному ансамблі того чи іншого подансамблю істотно змінює стан частки, навіть якщо при цьому не відбувалося безпосереднього на неї впливу.
Як найпростіша ілюстрація розглянемо наступний приклад. Візьмемо 1000 пофарбованих монет і кинемо їх на 1000 аркушів паперу. Імовірність того, що на випадково обраному нами аркуші віддрукувався «орел», дорівнює 1/2. Тим часом для аркушів, на яких монети лежать «рішкою» вгору, та сама ймовірність дорівнює 1 - тобто у нас є можливість побічно встановлювати характер відбитка на папері, дивлячись не на сам аркуш, а лише на монету. Однак ансамбль, пов'язаний з таким «непрямим виміром», зовсім відмінний від вихідного: він містить уже не 1000 аркушів паперу, а лише близько 500!
Таким чином, спростування співвідношення невизначеностей у «парадоксі» ЕПР було б дійсним лише в тому випадку, якби для вихідного ансамблю виявився можливим одночасний вибір непустого подансамблю і за ознакою імпульсу, і за ознакою просторових координат. Проте якраз неможливість такого вибору і затверджується співвідношенням невизначеності! Інакше висловлюючись, «парадокс» ЭПР насправді виявляється порочним колом: він заздалегідь передбачає невірність факту, що спростовується.
Варіант із «надсвітловим сигналом» від частки Aдо частки Bтакож заснований на ігноруванні тієї обставини, що розподіл ймовірностей значень вимірюваних величин характеризують не конкретну пару частинок, а містить величезну кількість таких пар статистичний ансамбль. Тут як аналогічну можна розглянути ситуацію, коли забарвлена монета кидається на аркуш у темряві, після чого аркуш витягується і замикається в сейф. Імовірність того, що на аркуші віддрукувався «орел» apriori дорівнює 1/2. І та обставина, що вона негайно перетвориться на 1, якщо ми запалимо світло і переконаємося, що монета лежить «рішкою» вгору, анітрохи не свідчить про здатність нашого погляду міст ним чином впливати на замкнені в сейфі предмети.
Докладніше: А.А.Печенкін Ансамблеві інтерпретації квантової механіки в США та СРСР.
І ще одна інтерпретація з http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm :
Модальна інтерпретація ван Фраассена розмірковує так, що стан фізичної системи змінюється лише каузально, тобто. відповідно до рівняння Шредінгера, проте цей стан однозначно не детермінує значення фізичних величин, що виявляються при вимірюванні.
Поппер наводить тут свій улюблений приклад: дитячий більярд (уставлена голками дошка, по якій зверху скочується металева кулька, що символізує фізичну систему, - сам більярд символізує експериментальний пристрій). Коли кулька нагорі більярда, ми маємо одну диспозицію, одну схильність досягти будь-якої точки внизу дошки. Якщо ж ми зафіксували кульку десь у середині дошки, ми змінили специфікацію експерименту та отримали нову схильність. Квантово-механічний індетермінізм зберігається тут у повному обсязі: Поппер застерігає, що більярд не є механічною системою. Ми позбавлені можливості простежувати траєкторію кульки. Але “редукція хвильового пакета” - це акт суб'єктивного спостереження, це свідоме перевизначення експериментальної ситуації, звуження умов досвіду.
Підіб'ємо загальне резюме фактів
1. Незважаючи на абсолютну випадковість випадання парамерта при вимірі в масі сплутаних пар частинок, що виникають, у кожній такій парі проявляється узгодженість: якщо одна частка в парі виявляється зі спином 1, то інша частка в парі - зі спином протилежним. Це в принципі зрозуміло: раз у спареному стані не може бути двох частинок, що мають однаковий спин в одному енергетичному стані, то при їх розщепленні, якщо узгодженість зберігається, то і спини виявляються так само узгодженими. Варто визначити спин однієї, як стане відомий спин інший, при тому, що випадковість спина у вимірах з будь-якої зі сторін - абсолютна.
Коротко проясню неможливість повністю однаковості станів двох частинок в одному місці простору-часу, що в моделі будівлі електронної оболонкиатома називається принципом Паулі, а квантовомеханічному розгляді узгоджених станів - принципом неможливості клонування заплутаних об'єктів.
Є щось (поки непізнане), що реально перешкоджає можливості кванту або відповідній йому частинці перебувати в одному локальному стані з іншим повністю ідентичним за квантовими параметрами. Це реалізується, наприклад, в ефекті Казимира, коли віртуальні кванти між пластинами можуть мати довжину хвилі трохи більше зазору. І особливо наочно це реалізується в описі атома, коли електрони даного атома не можуть мати у всьому ідентичні параметри, що аксіоматично формалізовано принципом Паулі.
На першому, найближчому шарі можуть бути лише 2 електрони у вигляді сфери (s-Електрони). Якщо їх два, то вони - з різними спинами і спарені (заплутані), утворюючи загальну хвилю з енергією зв'язку, яку потрібно докласти, щоб розірвати цю пару.
У другому, більш віддаленому та більш енергетичному рівні можуть бути 4 "орбіталі" по два спарених електрони у вигляді стоячої хвилі формою як об'ємна вісімка (p-електрони). Тобто. велика енергія займає більший простір і дозволяє сусідити вже кільком зв'язаним парам. Від першого шару другий відрізняється енергетично на 1 можливий дискрет енергетичного стану (зовнішні електрони, описуючи просторово більшу хмару, мають і більшу енергію).
Третій шар вже просторово дозволяє мати 9 орбіт у формі чотирилисника (d-електрони), четвертий - 16 орбіт - 32 електрони,форма яких також нагадує об'ємні вісімки у різних комбінаціях ( f-Електрони).
Форми електронних хмар:
а – s-електрони; б - р-електрони; в – d-електрони.
Ось такий набір станів, що дискретно розрізняються - квантові числа - характеризують можливі локальні стани електронів. І ось що з цього виходить.
Коли два електрони з різними спинамиодногоенергетичного рівня (хоча це не обов'язково: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) спарюються, то утворюється загальна "молекулярна орбіталь" із зниженим енергетичним рівнем за рахунок енергії та зв'язку. Два атоми водню, що мають за неспареним електроном, утворюють загальне перекриття цих електронів - (простий ковалентний) зв'язок. Поки вона є - два електрони мають загальну узгоджену динаміку - загальну хвильову функцію. До яких пір? "Температура" або щось інше, здатне компенсувати енергію зв'язку, рве її. Атоми розлітаються з електронами, які вже не мають загальної хвилі, але все ще перебувають у комплементарному, взаємоузгодженому стані сплутування. Але зв'язку вже немає:) Ось той момент, коли не варто більше говорити про загальну хвильову функцію, хоча ймовірнісні характеристики в термінах квантової механіки залишаються такими, як би ця функція продовжувала описувати загальну хвилю. Це і означає збереження здатності до прояву узгодженої кореляції.
Спосіб отримання заплутаних електронів через їхню взаємодію описано: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.htmlабо популяно-схематично - в http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " Щоб створити "співвідношення невизначеностей" електронів, тобто "заплутати" їх, потрібно переконатися, що вони ідентичні в усіх відношеннях, після чого вистрілити цими електронами в променевий розщеплювач (beam splitter). Механізм "розщеплює" кожен з електронів, наводячи їх у квантовий стан "суперпозиції", внаслідок чого електрон з рівною часткою ймовірності буде рухатися одним з двох шляхів.".
2. При статистиці вимірів з обох сторін взаємна узгодженість випадковостей у парах може призводити до порушення нерівності Белла в певних умовах. Але не за рахунок використання якоїсь особливої, поки що непізнаної квантовомеханічної сутності.
Наступна невелика стаття (на основі уявлень, викладених Р. Пнроуз) дозволяє простежити (показати принцип, приклад) як це можливо: Відносність нерівностей Белла або Новий розум голого короля. Так само це показано в роботі А. В. Бєлінського, опублікованої в Успіхи фізичних наук: Теорема белла без припущення про локальність. Інша робота А.В.Бєлінського для роздумів зацікавилися: Теорема Белла для трихотомних спостерігаються, а також обговорення з д.ф.-м.н., проф., акад. Валерієм Борисовичем Морозовим (загальновизнаний корифей форумів фізфаку ФРТК-МФТІ та "дубинушки"), де Морозов пропонує до розгляду обидві ці роботи А.В.Бєлінського: Досвід Аспекту: питання до Морозова. І на додаток теми про можливість порушень нерівностей Белла без введення будь-якої далекодії: Моделювання з нерівності Белла.
Звертаю увагу, що "Відносність нерівностей Белла або Новий розум голого короля", як і "Теорема белла без припущення про локальність" у контексті цієї статті не претендують на опис механізму квантовомеханічної заплутаності. Завдання показано в останній фразі першого посилання: "Посилатися на порушення нерівностей Белла як на безперечне спростування будь-якої моделі локального реалізму немає підстав." тобто. кордон її використання - теор ема, озвучена спочатку: " Можуть існувати моделі класичної локальності, у яких порушуватимуться нерівності Белла. " . Про це - додаткові пояснення в обговоренні.
Наведу модель від себе.
"Порушення локального реалізму" - всього лише релятивістський ефект.
Ніхто (нормальний) не сперечається про те, що з системи, що рухається з граничною швидкістю (швидкість світла у вакуумі) немає простору, ні часу (перетворення Лоренца у разі дає нульовий час і простір), тобто. для кванта він знаходиться відразу і тут і там, хоч би яким далеким це було там.
Зрозуміло, що сплутані кванти мають ось таку свою точку відліку. А електрони - самі кванти може стоячої хвилі, тобто. існуючі тут і там одразу на весь час існування електрона. Усі якості квантів виявляються вирішеними нам, тих, хто сприймає це ззовні ось чому. Ми, зрештою, з квантів, які і тут і там. Їх швидкість поширення взаємодії (гранична швидкість) - нескінченно висока. Але всі ці нескінченності різні як у різній довжині відрізків хоч і нескінченне число точок у кожного, але співвідношення цих нескінченностей дає співвідношення довжин. Ось як для нас з'являєтеся час і простір.
Для нас в експериментах локальний реалізм порушується, для квантів – ні.
Але ця розбіжність ніяк не впливає на реальність тому, що ми не можемо скористатися такою нескінченною швидкістю практично. Ні інформація, ні, тим більше матерія, не передається нескінченно швидко за "квантової телепортації".
Так що все це - приколи релятивістських ефектів, не більше того. Їх можна використовувати в квантовій криптографії або ще якось, не можна використовувати для реальної далекодії.
Дивимося зорово суть того, що показують нерівності Белла.
1. Якщо орієнтація вимірювачів на обох кінцях однакова, результат вимірювання спина на обох кінцях завжди буде протилежним.
2. Якщо орієнтація вимірювачів протилежна, то результат буде таким, що збігається.
3. Якщо орієнтація лівого вимірювача відрізняється від орієнтації правого менше, ніж на певний кут, то реалізовуватиметься пункт 1 і збіги виявляться в межах ймовірності, передбаченої Беллом для незалежних частинок.
4. Якщо кут перевищує, то пункт 2 і збіги виявляться більше ймовірності, передбаченої Беллом.
Тобто. при меншому куті ми отримуватимемо переважно протилежні значення спинів, а при більшому - переважно збігаються.
Чому так відбувається зі спином можна уявити, маючи на увазі, що спин електрона - магнітик, і вимірюється так само орієнтацією магнітного поля (або у вільному кванті спин - напрямок поляризації і вимірюється орієнтацією щілини, через яку повинна прийти площина повороту поляризації).
Зрозуміло, що відправивши магнітики, які були спочатку зчеплені і під час відправлення зберегли свою взаємну орієнтацію, ми магнітним полемпри вимірі впливатимемо на них (довертаючи в той чи інший бік) так, як це відбувається в квантових парадоксах.
Зрозуміло, що зустрічаючи магнітне поле (у тому числі спин іншого електрона), спин обов'язково орієнтується відповідно до нього (взаємно протилежно у випадку зі спином іншого електрона). Тому й кажуть, що "орієнтація спина виникає лише в ході виміру", але при цьому вона залежить від свого первісного становища (в яку сторону довертатися) та напрямки впливу вимірювача.
Зрозуміло, що ніяких далекодій для цього не потрібно, як і не потрібно заздалегідь прописувати таку поведінку в початковому стані частинок.
Я маю підстави вважати, що поки що при вимірах спина окремих електронів не враховуються проміжні стани спина, а лише переважно - за вимірювальним полем і проти поля. Приклади методів: , . Варто звернути увагу і на дату освоєння цих методів, пізнішу, ніж вищеописані експерименти.
Наведена модель, звичайно, спрощена (у квантових явищах спин – не зовсім ті речові магнітики, хоча саме вони забезпечують усі спостережувані) магнітні явища) і не враховує безліч нюансів. Тому він не є описувачем реального явища, а показує тільки можливий принцип. І ще він показує як погано просто довірятися описовому формалізму (формулам) без розуміння суті того, що відбувається.
При цьому теор ема Белла вірна у формулюванні зі стати Аспека: "неможливо знайти теорію з додатковим параметром, що задовольняє загальному опису, яка відтворює всі передбачення квантової механіки." а зовсім не у формулюванні Пенроуза: виявляється, що відтворити передбачення квантової теорії таким шляхом (неквантовим) неможливо.". Зрозуміло, щоб довести теор йому по Пенроузу, потрібно довести, що ніякими моделями, крім квантовомеханічного експерименту, порушення нерівностей Белла неможливо.
Це - трохи перебільшений, можна сказати вульгарний приклад інтерпретації, просто для того, щоб показати, як можна обдуритися в таких результатах. Але наведемо ясний сенс на те, що хотів довести Белл і що виходить насправді. Белл створив досвід, показує, що у заплутаності немає заздалегідь існуючого " алгоритм " , заздалегідь закладеної кореляції (на чому наполягали тоді супротивники, говорячи у тому, є деякі приховані параметри, що визначають таку кореляцію). І тоді ймовірності в його дослідах повинні бути вищими, ніж ймовірність насправді випадкового процесу (чому добре описано нижче).
А насправді просто мають однакові імовірнісні залежності. Що це означає? Це означає, що зовсім не зумовлений, заданий зв'язок між фіксацією параметра вимірюванням має бути місце, а такий результат фіксації походить від того, що процеси мають однакову (комплементарну) імовірнісну функцію (що, загалом прямо походить з квантовомеханічних понять), суть якої - реалізація параметра при фіксації, який був не визначений через відсутність у його "системі відліку" простору і часу в силу максимально можливої динаміки його існування (релятивистський ефект, формалізований Лоренцовими перетвореннями, див. Вакуум, кванти, речовина).
Ось як описує методологічну суть досвіду Белла Брайан Грін у книзі Тканина космосу. У нього кожен із двох гравців отримали безліч скриньок, кожен із трьома дверцятами. Якщо перший гравець відкриває ті самі дверцята, що й другий у скриньці з однаковим номером, він спалахує однаковим світлом: червоним чи синім.
Перший гравець Скаллі припускає, що це забезпечується закладеною в кожну пару програмою кольору спалаху залежно від дверцят, другий гравець Малдер вважає, що спалахи йдуть рівноймовірно, але якось пов'язані (нелокальною далекодією). На думку другого гравця все вирішує досвід: якщо програма - то ймовірність однакових кольорів при випадковому окриванні різних дверей має бути більше 50%, всупереч істиною випадкової ймовірності. Він навів приклад чому:
Просто для конкретності уявимо, що програма для сфери в окремій коробочці виробляє синій (1-а дверцята), синій (2-я дверцята) і червоний (3-я дверцята) кольори. Тепер, оскільки ми обидва вибираємо одну з трьох дверей, всього є дев'ять можливих комбінацій дверей, які ми можемо вибрати для відкривання даної коробочки. Наприклад, я можу вибрати верхні дверцята на моїй коробочці, тоді як ти можеш вибрати бічні двері на твоїй коробочці; або я можу вибрати передні дверцята, а ти можеш вибрати верхні дверцята; і так далі."
"Так звичайно." - Скаллі підскочила. – "Якщо ми назвемо верхні дверцята 1, бічні дверцята 2, а фронтальні дверцята 3, то дев'ять можливих комбінацій дверей це просто (1,1), (1,2), (1,3), (2,1), ( 2,2), (2,3), (3,1), (3,2) та (3,3).
"Так, все правильно," - продовжує Малдер. – "Тепер важливий момент: З цих дев'яти можливостей зазначимо, що п'ять комбінацій дверей – (1,1), (2,2), (3,3), (1,2) та (2,1) – призводять до того результату, що ми бачимо, як сфери у наших коробочках спалахують однаковими кольорами.
Перші три комбінації дверцят ті самі, в яких ми вибираємо однакові двері, і, як ми знаємо, це завжди призводить до того, що ми бачимо однакові кольори. Інші дві комбінації дверей (1,2) і (2,1) призводять до тих же кольорів, оскільки програма диктує, що сфери блиматимуть одним кольором – синім – якщо або дверка 1 або дверка 2 відкриті. Отже, оскільки 5 більше, ніж половина від 9, це означає, що для більш ніж половини – більш ніж 50 відсотків – можливих комбінацій дверей, які ми можемо вибрати для відкриття, сфери будуть спалахувати однаковим кольором.
"Але почекай," – протестує Скаллі. – "Це лише один приклад особливої програми: синій, синій, червоний. У моєму поясненні я припускала, що коробочки з різними номерами можуть і в загальному випадку матимуть різні програми."
"Насправді це не має значення. Висновок діє для будь-яких з можливих програм.
І це справді так, якщо маємо справу з програмою. Але зовсім не так, якщо маємо справу зі випадковими залежностямидля багатьох дослідів, але кожна з цих випадковостей має той самий вигляд у кожному досвіді.
У випадку електронів, коли вони були спочатку пов'язані в пару, що забезпечує їх повністю залежні спини (взаємно протилежні) і розлетілися, ця взаємозалежність, звичайно ж, зберігається при повній загальної картиниістинної ймовірності випадань і в тому, що заздалегідь сказати як склалися спини двох електронів у парі неможливо до визначення одного з них, але вони "вже" (якщо так можна сказати щодо того, що не має своєї метрики часу та простору) мають певне взаєморозташування .
Далі у книзі Браян Гріна:
є спосіб вивчити, чи не вступили ми необережно у конфлікт із СТО. Спільним для матерії та енергії та властивістю є те, що вони, переносячись з місця на місце, можуть передавати інформацію. Фотони, подорожуючи від радіопередаючої станції до вашого приймача, переносять інформацію. Електрони, подорожуючи через кабелі Інтернету до комп'ютера, переносять інформацію. У будь-якій ситуації, де щось – навіть щось неідентифіковане – мається на увазі рухомим швидше швидкості світла, безпомилковим тестом запитатиме, чи передає воно або, як мінімум, чи може воно передавати інформацію. Якщо відповіді немає, проходять стандартні міркування, що ніщо не перевищує швидкості світла та СТО залишається незаперечною. Насправді цей тест фізики часто застосовують визначення, чи не порушує деякий тонкий процес закони СТО. Ніщо не зазнало цього тесту.
Що ж до підходу Р.Пенроузаі т.п. інтерпретаторів, то з його роботи Penrouz.djvu постараюся виділити те основне ставлення (світогляд), яке безпосередньо призводить до містичних поглядів про нелокальність (з моїми коментарями - чорним цаетом):
Необхідно було знайти спосіб, який дозволив би відокремлювати істину від припущень у математиці, - певну формальну процедуру, застосувавши яку можна було б з упевненістю сказати, є дане математичне твердження істинним чи ні (Заперечення див. Метод Аристотеля та Істина, критерії істини). Поки це завдання належним чином не дозволене, навряд чи можна серйозно сподіватися на успіх у вирішенні інших, значно складніших, завдань - тих, що стосуються природи рушійних світом сил, які б взаємини ці самі сили з математичною істиною не пов'язували. Усвідомлення того, що ключем до розуміння Всесвіту є незаперечна математика, є, мабуть, першим із найважливіших проривів у науці взагалі. Про математичні істини різного роду здогадувалися ще древні єгиптяни і вавилоняни, проте перший камінь у фундамент математичного розуміння...
... людей вперше з'явилася можливість формулювати достовірні і свідомо незаперечні твердження - твердження, істинність яких не викликає сумнівів і сьогодні, незважаючи на те, що наука з тих часів зробила крок далеко вперед. Людям вперше відкрилася воістину позачасова природа математики.
Що ж це таке – математичний доказ? У математиці доказом називають бездоганну міркування, яка використовує лише прийоми чистої логіки. (Чистої логіки не існує. Логіка - аксіоматична формалізація знайдених у природі закономірностей і взаємозв'язків)що дозволяє зробити однозначний висновок про справедливість того чи іншого математичного твердження на підставі справедливості будь-яких інших математичних тверджень, або заздалегідь встановленої аналогічним чином, або зовсім не вимагає доказу (особливі елементарні твердження, істинність яких, на загальну думку, очевидна, називаються аксіом амі) . Доведене математичне твердження прийнято називати теорією. Ось тут я його не розумію: адже є і просто висловлені, але не доведені теорії.
... Об'єктивні математичні поняття слід подавати як позачасові об'єкти; не треба думати, ніби їхнє існування починається в той момент, як тільки вони у тому чи іншому вигляді виникають у людській уяві.
...Таким чином, математичне існування відрізняється не тільки від існування фізичного, а й від того існування, яким здатне наділити об'єкт наше свідоме сприйняття. Проте воно явно пов'язане з двома останніми формами існування - тобто з фізичним та ментальним існуванням зв'язок - цілком фізичне поняттящо має на увазі тут Пенроуз?- причому відповідні зв'язки настільки ж фундаментальні, як і загадкові.
Рис. 1.3. Три «світи» - платонівський математичний, фізичний і ментальний - і три фундаментальні загадки, що їх пов'язують.
... Отже, згідно з зображеною на рис. 1.3 схемою, весь фізичний світ керується математичними законами. У наступних розділах книги ми побачимо, що є вагомі (хоч і неповні) свідчення на підтримку такої точки зору. Якщо вірити цим свідченням, то доводиться визнати, що все, що існує у фізичному Всесвіті, аж до найдрібніших дрібниць, і справді керується точними математичними принципами – можливо, рівняннями. Тут я просто тихо балдею.
...Якщо це так, то і наші з вами фізичні дії цілком і повністю підпорядковані такому загальному математичному контролю, хоча «контроль» цей все ж таки допускає певну випадковість у поведінці, керовану суворими ймовірнісними принципами.
Багато людей від таких припущень починають почуватися дуже незатишно; у мене і в самого, зізнатися, ці думки викликають певний неспокій.
... Можливо, в деякому сенсі три світи зовсім не є окремими сутностями, але лише відображають різні аспекти якоїсь більш фундаментальної ІСТИНИ (виділив я), що описує світ, як ціле, - істини, про яку в даний час ми не маємо ні найменшого концепції. - Чиста містика.
.................
Виявляється навіть, що на екрані є області, не досяжні частинок, що випускаються джерелом, незважаючи на той факт, що частинки могли цілком успішно потрапляти в ці області, коли була відкрита лише одна з щілин! Хоча плями з'являються на екрані по одному в локалізованих положеннях і хоча кожній зустрічі частинки з екраном можна зіставити певний акт випромінювання частинки джерелом, поведінка частинки між джерелом і екраном, включаючи неоднозначність, пов'язану з наявністю двох щілин у бар'єрі, подібно до поведінки хвилі, при якому хвиля -Частина при зіткненні з екраном відчуває відразу обидві щілини. Більш того (і це особливо важливо для наших безпосередніх цілей), відстань між смугами на екрані відповідає довжині хвилі Л нашої хвилі-частки, пов'язаної з імпульсом частинок р колишньої формулою ХХХХ.
Все це цілком можливо, скаже тверезомислячий скептик, але це ще не змушує нас проводити таке абсурдно виглядає ототожнення енергії і-імпульсу з якимось оператором! Так, саме так і хочеться сказати: оператор - лише формалізм для опису явища в певних його рамках, а не тотожність із явищем.
Звичайно, не змушує, але чи маємо ми відвертатися від дива, коли воно є нам?! У чому ж це диво? Дивом є те, що ця здається абсурдність експериментального факту (хвилі виявляються частинками, а частинки - хвилями) може бути приведена в систему за допомогою красивого математичного формалізму, в якому імпульс дійсно ототожнюється з «диференціюванням по координаті», а енергія - з « диференціюванням за часом».
... Все це чудово, але як бути з вектором стану? Що заважає визнати, що він є реальністю? Чому фізики найчастіше вкрай неохоче приймають таку філософську позицію? Не просто фізики, а ті, у кого все гаразд із цілісним світоглядом і не схильні вестися на недовизначені міркування.
.... При бажанні можна уявити, що хвильова функція фотона виходить із джерела у вигляді чітко окресленого хвильового пакета малих розмірів, потім, після зустрічі з розщеплювачем променя, вона ділиться на дві частини, одна з яких відбивається від розщеплювача, а інша проходить крізь нього, наприклад, у перпендикулярному напрямку. В обох ми змушували хвильову функцію розділитись на дві частини в першому розщеплювачі променя. Аксіома 1: квант не поділяється. Людина, що говорить про половинки кванта поза його довжиною хвилі сприймається мною з не меншим скептицизмом, ніж людина, що створює новий всесвіт при кожній зміні стану кванта. Аксіома 2: фотон не змінює траєкторію, а якщо вона змінилася, то це перевипромінювання фотона електроном. Тому що квант - не пружна частка і немає нічого, від чого він відскочив. Чомусь у всіх описах подібних дослідів ці дві речі уникає згадувати, хоча вони мають базове значення, ніж ті ефекти, які описуються. Не розумію, чому так говорить Пенроуз, він же не може не знати про неподільність кванта, мало того, він згадував це у двощілинному описі. У подібних чудових випадках потрібно все ж таки намагатися залишатися в рамках базових аксіом і якщо вони вступають у якесь протиріччя з досвідом, це привід ретельніше подумати про методику та інтерпретацію.
Давайте поки приймемо, хоча б як математичної моделіквантового світу, це курйозний опис, згідно з яким квантовий стан еволюціонує якийсь час у вигляді хвильової функції, зазвичай «розмазаної» по всьому простору (але з можливістю фокусування в більш обмеженій області), а потім, коли проводиться вимір, цей стан перетворюється на щось локалізоване та цілком певне.
Тобто. всерйоз говориться про можливість розмазаності чогось на кілька світлових років з можливістю миттєвої взаємної зміни. Таке можна уявити суто абстрактно - як збереження формалізованого опису на кожній із сторін, але ніяк не у вигляді якоїсь реальної сутності, представленої природою кванта. Тут - явна наступність ідеї реальності існування математичних формаліз мов.
Ось чому я сприймаю як Пенроуза, так і інших подібних мислячих фізиків дуже скептично, незважаючи на їх дуже гучний авторитет.
У книзі С. Вайнберг Мрії про остаточну теорію:
Філософія квантової механіки настільки не має відношення до її реального використання, що починаєш підозрювати, що всі глибокі питання про сенс вимірювання насправді порожні, породжені недосконалістю нашої мови, яка створювалася у світі, що практично керується законами класичної фізики.
Що таке локальність і чому її немає в квантовому світі? , де проблему узагальнює на основі останніх подій Олександр Львівський, співробітник РКЦ та професор Університету Калгарі:
Квантова нелокальність існує лише у межах копенгагенської інтерпретації квантової механіки. Відповідно до неї, при вимірі квантового стану відбувається його колапс. Якщо ж брати за основу багатосвітову інтерпретацію, яка каже, що вимір стану лише поширює суперпозицію на спостерігача, то жодної нелокальності немає. Це лише ілюзія спостерігача, який «не знає», що він перейшов у заплутаний стан із часткою на протилежному кінці квантової лінії.
Деякі висновки зі статті та її обговорення.
В даний час існує дуже багато інтерпретацій різного рівняопрацьованості, які намагаються не просто описати явище заплутаності та інші "нелокальні ефекти", але описати припущення про природу (механізми) цих явищ - тобто. гіпотези. Причому переважає думка, що неможливо в цій предметній області щось уявити, а можливо тільки покладатися на ті чи інші формалізації.
Однак, ці самі формалізації приблизно з однаковою переконливістю можуть показати все, що завгодно інтерпретатору, аж до опису виникнення нового всесвіту щоразу, у момент квантової невизначеності. Оскільки такі моменти виникають при спостереженні, то привнести свідомість - як безпосередній учасник квантових явищ.
Детальне обґрунтування - чому такий підхід є абсолютно невірним - дивіться у статті Евристика.
Так що кожного разу, коли черговий крутий математик почне доводити щось на кшталт єдності природи двох абсолютно різних явищ на основі подібності їх математичного опису (ну, наприклад, всерйоз робиться таке із законом Кулона і законом тяжіння Ньютона) або "пояснювати" квантову заплутаність особливим. виміром" без уявлення його реального втілення (або існуванням меридіанів у формалізмі землян), я триматиму напоготові:)
Квантова заплутаність – це квантовомеханічне явище, яке стали вивчати на практиці порівняно недавно – у 1970-ті роки. Воно полягає у наступному. Уявімо, що в результаті якоїсь події народилися одночасно два фотони. Отримати кілька квантово-заплутаних фотонів можна, наприклад, світячи на нелінійний кристал лазером з певними характеристиками. У фотонів, що породжуються, в парі можуть бути різні частоти (і довжини хвилі), але при цьому сума їх частот дорівнює частоті вихідного збудження. У них також ортогональні поляризації у базисі кристалічних ґратщо полегшує їх просторовий поділ. При народженні пари частинок мають виконуватися закони збереження, отже, сумарні характеристики (поляризація, частота) двох частинок мають заздалегідь відоме, суворо певне значення. З цього випливає, що, знаючи характеристику одного фотона, ми точно можемо дізнатися характеристику іншого. Згідно з принципами квантової механіки, до моменту вимірювання частка знаходиться в суперпозиції декількох можливих станів, а при вимірюванні суперпозиція знімається і частка виявляється в одному стані. Якщо проаналізувати багато частинок, то кожному стані виявиться певний відсоток частинок, відповідний ймовірності цього у суперпозиції.
А що ж відбувається із суперпозицією станів у заплутаних частинок у момент вимірювання стану однієї з них? Парадоксальність і контрінтуїтивність квантової заплутаності полягає в тому, що характеристика другого фотона виявляється визначена у той момент, коли ми виміряли характеристику першого. Ні, це не теоретична побудова, це сувора правда навколишнього світу, підтверджена експериментально. Так, вона має на увазі наявність взаємодії, що віддається з нескінченно великою швидкістю, що перевищує навіть швидкість світла. Як цим користуватися на благо людства поки що не дуже зрозуміло. Існують ідеї застосування для обчислень на квантовому комп'ютері, криптографії та комунікації.
Вченим із Відня вдалося розробити абсолютно нову і вкрай контрінтуїтивну методику отримання зображень, що ґрунтується на квантовій природі світла. У їх системі зображення формує світло, що ніколи не взаємодіяло з об'єктом. В основі технології лежить принцип квантової заплутаності. Статтю про це опубліковано в журналі Nature. У дослідженні брали участь співробітники Інституту квантової оптики та квантової інформації (Institute for Quantum Optics and Quantum Information, IQOQI) Віденського центру квантової науки та технології (Vienna Center for Quantum Science and Technology, VCQ) та Віденського університету.
В експерименті віденських учених один із пари заплутаних фотонів мав довжину хвилі в інфрачервоній частині спектру, і саме він проходив через зразок. Його побратим мав довжину хвилі, що відповідає червоному світлу і міг детектуватися камерою. Пучок світла, що генерується лазером, ділився на дві половини, і половини прямували на два нелінійні кристали. Об'єкт містився між двома кристалами. Він був вирізаним силуетом кота - на честь персонажа умоглядного експерименту Ервіна Шредінгера, який перекочував уже у фольклор. На нього прямував інфрачервоний пучок фотонів із першого кристала. Потім ці фотони проходили через другий кристал, де фотони, що пройшли крізь зображення кота, змішувалися з інфрачервоними фотонами, що свіжородилися, так, що зрозуміти, в якому з двох кристалів вони народилися, було зовсім неможливо. Більше того, камера зовсім не детектувала інфрачервоні фотони. Обидва пучки червоних фотонів об'єднувалися та вирушали на приймальний пристрій. Виявилося, що завдяки ефекту квантової заплутаності вони зберігали всю необхідну створення зображення інформацію про об'єкт.
До аналогічних результатів привів експеримент, в якому як зображення використовувалася не непрозора пластина з вирізаним контуром, а об'ємне силіконове зображення, що не поглинає світла, але проходження інфрачервоного фотона, що сповільнювало, і створює різницю фаз між фотонами, що пройшли через різні частини зображення. Виявилося, що така пластика впливала і на фазу червоних фотонів, які перебувають у стані квантової заплутаності з інфрачервоними фотонами, але ніколи не проходили зображення.
Якщо вас ще не вразили чудеса квантової фізики, то після цієї статті ваше мислення вже точно перевернеться. Сьогодні я розповім, що таке квантова заплутаність, але простими словами, щоб будь-яка людина зрозуміла, що це таке.
Заплутаність як магічний зв'язок
Після того, як були відкриті незвичайні ефекти, що відбуваються в мікросвіті, вчені дійшли цікавого теоретичного припущення. Воно саме випливало з основ квантової теорії.
Минулої я розповідав про те, що електрон поводиться дуже дивно.
Але заплутаність квантових, елементарних частиноквзагалі суперечить якомусь здоровому глузду, виходить за рамки будь-якого розуміння.
Якщо вони взаємодіяли один з одним, то після роз'єднання між ними залишається магічний зв'язок, навіть якщо їх рознести на будь-яку, скільки завгодно велику відстань.
Магічна у тому сенсі, що інформація між ними передається миттєво.
Як відомо з квантової механіки, частка до вимірювання знаходиться в суперпозиції, тобто має відразу кілька параметрів, розмита в просторі, не має точного значення спина. Якщо над однією з пари раніше взаємодіючих частинок зробити вимір, тобто зробити колапс хвильової функції, то друга відразу миттєво відреагує на цей вимір. І не важливо, яка відстань між ними. Фантастика, чи не так.
Як відомо, з теорії відносності Ейнштейна ніщо не може перевищувати швидкість світла. Щоб інформація дійшла від однієї частки до другої, потрібно принаймні витратити час проходження світла. Але одна частка саме миттєво реагує на вимір другої. Інформація при швидкості світла дійшла б до неї пізніше. Все це не вкладається в здоровий глузд.
Якщо розділити пару елементарних частинок з загальним нульовим параметром спина, то одна повинна мати негативний спин, а друга позитивний. Але до виміру значення спина перебуває у суперпозиції. Як тільки ми виміряли спин у першої частинки, побачили, що він має позитивне значення, так відразу друга набуває негативного спину. Якщо ж навпаки, перша частинка набуває негативного значення спина, то друга миттєво позитивне значення.
Або така аналогія.
У нас є дві кулі. Один чорний, другий білий. Ми їх накрили непрозорими склянками, не бачимо де яка. Заважаємо як у грі наперстки.
Якщо відкрили одну склянку і побачили, що там біла куля, значить у другій склянці чорна. Але спочатку ми не знаємо, де який.
Так і з елементарними частинками. Але вони до того, як на них подивитися, перебувають у суперпозиції. До виміру кулі як би безбарвні. Але зруйнувавши суперпозицію однієї кулі і побачивши, що вона біла, то друга відразу стає чорною. І це відбувається миттєво, будь хоч одна куля на землі, а друга в іншій галактиці. Щоб світло дійшло від однієї кулі до іншої в нашому випадку, допустимо потрібно сотні років, а друга куля дізнається, що зробили вимір над другою, повторюю, миттєво. Між ними заплутаність.
Зрозуміло, що Ейнштейн, та й багато інших фізиків не приймали такий результат подій, тобто квантову заплутаність. Він вважав висновки квантової фізики невірними, неповними, припускав, що не вистачає якихось прихованих змінних.
Вищеописаний парадокс Ейнштейна навпаки вигадав, щоб показати, що висновки квантової механіки не вірні, бо заплутаність суперечить здоровому глузду.
Цей парадокс назвали парадокс Ейнштейна – Подільського – Розена, скорочено ЕПР-парадокс.
Але проведені експерименти із заплутаністю вже пізніше А. Аспектом та іншими вченими показали, що Ейнштейн був не правий. Квантова заплутаність існує.
І це вже були не теоретичні припущення, які з рівнянь, а реальні фактибезлічі експериментів з квантової заплутаності. Вчені це побачили наживо, а Ейнштейн помер, так і не впізнавши правди.
Частинки дійсно взаємодіють миттєво, обмеження швидкості світла їм не перешкода. Світ виявився куди цікавішим і складнішим.
При квантовій заплутаності відбувається, повторюю, миттєва передача інформації, утворюється магічний зв'язок.
Але як це може бути?
Сьогоднішня квантова фізика відповідає на це питання витонченим чином. Між частинками відбувається миттєвий зв'язок не через те, що інформація передається дуже швидко, а тому, що на глибшому рівні вони просто не розділені, а все ще знаходяться разом. Вони перебувають у так званій квантовій заплутаності.
Тобто стан заплутаності це стан системи, де за якимись параметрами чи значенням, вона може бути розділена деякі, повністю самостійні частини.
Наприклад, електрони після взаємодії можуть бути розділені на велику відстань у просторі, але їх спини все ще разом. Тому під час експериментів спини миттєво узгоджуються між собою.
Розумієте, чого це веде?
Сьогоднішні знання сучасної квантової фізики на основі теорії декогеренції зводяться до одного.
Існує глибша, непроявлена реальність. А те, що ми спостерігаємо як звичний класичний світ лише мала частина, окремий випадок фундаментальнішої квантової реальності.
У ній немає простору, часу, якихось параметрів частинок, лише інформація про них, потенційна можливість їх прояву.
Саме цей факт витончено і просто пояснює, чому виникає колапс хвильової функції, розглянутий у попередній статті, квантову заплутаність та інші дива мікросвіту.
Сьогодні, говорячи про квантову заплутаність, згадують потойбічний світ.
Тобто на фундаментальнішому рівні елементарна частка непроявлена. Вона знаходиться одночасно у кількох точках простору, має кілька значень спинів.
Потім за якимись параметрами може проявитися у нашому класичному світі під час виміру. У розглянутому вище експерименті дві частинки вже мають конкретне значення координат простору, але спини їх перебувають у квантової реальності, непроявленные. Там немає простору та часу, тому спини частинок зчеплені разом, незважаючи на величезну відстань між ними.
А коли ми дивимося, який спин у частинки, тобто вимірюємо, ми ніби витягуємо спин із квантової реальності в наш звичайний світ. А нам здається, що частки обмінюються інформацією миттєво. Просто вони були все ще разом за одним параметром, хоч і були далеко один від одного. Їхня роздільність насправді є ілюзія.
Все це здається дивним, незвичним, але цей факт уже підтверджується багатьма експериментами. На основі магічної заплутаності створюються квантові комп'ютери.
Реальність виявилася набагато складнішою та цікавішою.
Принцип квантової заплутаності не стикується зі звичайним поглядом на світ.
Ось як пояснює квантову заплутаність фізик-науковець Д.Бом.
Допустимо, ми спостерігаємо за рибою в акваріумі. Але через якісь обмеження, ми можемо дивитися не на акваріум, як він є, а лише на його проекції, що знімаються двома камерами спереду та збоку. Тобто ми спостерігаємо за рибою, дивлячись на два телевізори. Нам здаються риби різними, тому що ми знімаємо її однією камерою в анфас, іншою у профіль. Але чудовим чином їх рухи чітко узгоджуються. Як тільки риба з першого екрану повертається, друга миттєво робить поворот. Ми дивуємося, не здогадуючись, що це та сама риба.
Так і в квантовому експериментііз двома частинками. Через свої обмеження нам здається, що спини двох частинок, що раніше взаємодіють, не залежні одна від одної, адже тепер частинки знаходяться далеко одна від одної. Але насправді вони все ще разом, але перебувають у квантовій реальності, у нелокальному джерелі. Ми просто дивимося не на реальність, як вона є насправді, а зі спотворенням у рамках класичної фізики.
Квантова телепортація простими словами
Коли вчені дізналися про квантову заплутаність і миттєву передачу інформації, багато хто запитав: чи можна здійснити телепортацію?
Це виявилося справді можливим.
Вже проведено багато експериментів з телепортації.
Суть методу легко можна зрозуміти, якщо ви зрозуміли загальний принцип заплутаності.
Є частка, наприклад електрон А і дві пари заплутаних електронів В і С. Електрон А і пара, З знаходяться в різних точках простору, неважливо як далеко. А тепер переведемо в квантову заплутаність частинки А та В, тобто об'єднаємо їх. Тепер З стає такою самою як А, тому що загальний їх стан не змінюється. Тобто частка А як би телепортується в частину С.
Сьогодні проведено вже складніші досліди з телепортації.
Звичайно, всі досліди поки що проводяться тільки з елементарними частинками. Але погодьтеся, це вже неймовірно. Адже всі ми складаємося з тих самих частинок, вчені кажуть, що телепортація макрооб'єктів теоретично нічим не відрізняється. Потрібно лише вирішити безліч технічних моментів, а це лише питання часу. Можливо, людство дійде у розвитку до здатності телепортувати великі об'єкти, та й самої людини.
Квантова реальність
Квантова заплутаність є цілісність, нерозривність, єднання більш глибокому рівні.
Якщо за якимись параметрами частинки перебувають у квантової заплутаності, то за цими параметрами їх просто не можна розділити на окремі частини. Вони взаємозалежні. Такі властивості просто фантастичні з погляду звичного світу, позамежні, можна сказати потойбічні і трансцендентні. Але це факт, від якого вже нікуди не подітися. Настав час це вже визнати.
Але до чого це все веде?
Виявляється, про такий стан речей давно говорили багато духовних вчень людства.
Видимий нами світ, що складається з матеріальних об'єктів, це не основа реальності, а лише мала її частина і не найголовніша. Існує трансцендентна реальність, яка ставить, визначає все, що відбувається з нашим світом, а значить і з нами.
Саме там криються справжні відповіді на споконвічні питання про сенс життя, справжнього розвитку людини, набуття щастя та здоров'я.
І це не пусті слова.
Все це призводить до переосмислення життєвих цінностей, розуміння того, що окрім безглуздих перегонів за матеріальними благами є щось важливіше і високе. І ця реальність не десь там, вона оточує нас усюди, вона пронизує нас, вона як кажуть "на кінчиках наших пальців".
Але давайте про це поговоримо у наступних статтях.
А зараз подивіться відео про квантову заплутаність.
Від квантової заплутаності ми плавно переходимо до теорії. Про це у наступній статті.
Що виходить із квантової механіки
Квантові частки може перебувати у двох типах станів, згідно з класичним підручником Ландау та Ліфшиця – чистим та змішаним. Якщо частка не взаємодіє з іншими квантовими частинками, вона описується хвильовою функцією, яка залежить тільки від її координат чи імпульсів - такий стан називають чистим. І тут хвильова функція підпорядковується рівнянню Шредингера. Можливий інший варіант - частка взаємодіє з іншими квантовими частинками. У цьому випадку хвильова функція відноситься до всієї системи взаємодіючих частинок і залежить від усіх їх динамічних змінних. Якщо ми цікавимося лише однією часткою, то її стан, як показав Ландау ще 90 років тому, можна описати матрицею або оператором густини. Матриця щільності підпорядковується рівнянню, аналогічному рівнянню ШредінгераДе - матриця щільності, H- оператор Гамільтона, а дужки позначають комутатор.
Його вивів Ландау. Будь-які фізичні величини, що належать до даної частинки, можна виразити через матрицю густини. Такий стан називають мішаним. Якщо у нас є система частинок, що взаємодіють, то кожна з частинок знаходиться в змішаному стані. Якщо частки розлетілися великі відстані, і взаємодія зникла, їхній стан однаково залишиться змішаним. Якщо кожна з кількох частинок перебувають у чистому стані, то хвильова функція такої системи є добуток хвильових функцій кожної з частинок (якщо частинки різні. Для однакових частинок, бозонів або ферміонів, треба скласти симетричну або антисиметричну комбінацію див., але про це пізніше. Тотожність частинок, ферміони та бозони – це вже релятивістська квантова теорія.
Заплутаним станом пари частинок називається такий стан, у якому є постійна кореляція між фізичними величинами, що належать до різних частинок. Найпростіший і найчастіше поширений приклад - зберігається якась сумарна фізична величинанаприклад повний спин або момент імпульсу пари. Пара частинок при цьому перебуває в чистому стані, але кожна з частинок у змішаному. Може здатися, що зміна стану однієї частки відразу позначиться на стані іншої частки. Навіть якщо вони розлетілися далеко і не взаємодіють, саме це висловлюється у популярних статтях. Це явище вже охрестили квантовою телепортацією. Деякі малограмотні журналісти навіть стверджують, що зміна відбувається миттєво, тобто поширюється швидше за швидкість світла.
Розглянемо це з погляду квантової механіки, По-перше, будь-яка дія або вимір, що змінює спин або момент імпульсу тільки однієї частинки, відразу ж порушує закон збереження сумарної характеристики. Відповідний оператор не може комутувати з повним спином чи повним моментом імпульсу. Таким чином, порушується первісна заплутаність стану пари частинок. Спин або момент другої частки вже не можна однозначно пов'язати з таким для першої. Можна розглянути проблему з іншого боку. Після того, як взаємодія між частинками зникла, еволюція матриці щільності кожен з частинок описується своїм рівнянням, яке динамічні змінні іншої частинки не входять. Тому вплив на одну частинку не змінюватиме матрицю щільності іншої.
Існує навіть теорема Еберхарда, яка стверджує, що взаємний вплив двох частинок неможливо виявити вимірами. Нехай є квантова системаяка описується матрицею щільності. І нехай ця система складається з двох підсистем A і B. Теорема Еберхарда говорить, що ніякий вимір спостережуваних, пов'язаних тільки з підсистемою A, не впливає на результат вимірювання будь-яких спостережуваних, які пов'язані тільки з підсистемою B. Втім, доказ теореми використовує гіпотезу хвильової редукції функції, яка доведена ні теоретично, ні експериментально. Але всі ці міркування зроблені в рамках нерелятивістської квантової механіки і належать до різних, не тотожних частинок.
Ці міркування не працюють у релятивістській теорії у разі пари однакових частинок. Ще раз нагадаю, що тотожність чи невиразність частинок – з релятивістської квантової механіки, де кількість частинок не зберігається. Однак для повільних частинок ми можемо використовувати простіший апарат нерелятивістської квантової механіки, просто враховуючи нерозрізність частинок. Тоді хвильова функція пари має бути симетричною (для бозонів) або антисиметричною (для ферміонів) стосовно перестановки частинок. Така вимога виникає у релятивістській теорії, незалежно від швидкостей частинок. Саме ця вимога призводить до дальнодіючих кореляцій пари однакових частинок. У принципі, протон з електроном теж можуть перебувати в заплутаному стані. Однак якщо вони розійдуться на кілька десятків ангстрем, то взаємодія з електромагнітними полямита іншими частинками зруйнує цей стан. Обмінна взаємодія (так називають це явище) діє на макроскопічних відстанях, як свідчать експерименти. Пара часток, навіть розійшовшись на метри, залишається нерозрізненою. Якщо ви проводите вимір, то ви точно не знаєте, до якої частки відноситься величина, що вимірюється. Ви проводите виміри з парою частинок одночасно. Тому всі ефектні експерименти проводились саме з однаковими частинками – електронами та фотонами. Строго кажучи, це не зовсім той заплутаний стан, який розглядають у рамках нерелятивістської квантової механіки, але щось схоже.
Розглянемо найпростіший випадок – пара однакових невзаємодіючих частинок. Якщо швидкості малі, ми можемо користуватися нерелятивістською квантовою механікою з урахуванням симетрії хвильової функції щодо перестановки частинок. Нехай хвильова функція першої частинки , другої частки - , де динамічні змінні першої і другої частинок, у найпростішому випадку - просто координати. Тоді хвильова функція пари
Знаки + і – відносяться до бозонів та ферміонів. Припустимо, що частинки знаходяться далеко одна від одної. Тоді локалізовані у віддалених областях 1 і 2 відповідно, тобто поза цими областями вони малі. Спробуємо обчислити середнє значення якоїсь змінної першої частки, наприклад, координати. Для простоти можна припустити, що у хвильові функції входять лише координати. Виявиться, що середнє значення координат частки 1 лежить МІЖ областями 1 і 2, причому воно збігається із середнім значенням для частки 2. Це насправді природно – частки невиразні, ми не можемо знати, у якої частки вимірюються координати. Взагалі всі середні значення частинок 1 і 2 будуть однакові. Це означає, що, переміщуючи область локалізації частки 1 (наприклад, частка локалізована всередині дефекту кристалічної решітки, і ми рухаємо весь кристал), ми впливаємо на частинку 2, хоча частинки не взаємодіють у звичайному сенсі через електромагнітне поле, наприклад. Це простий приклад релятивістської заплутаності.
Жодної миттєвої передачі інформації через ці кореляції між двома частинками не відбувається. Апарат релятивістської квантової теорії спочатку побудований так, що події, що знаходяться в просторі-часі з різних боків світлового конуса, не можуть впливати одна на одну. Простіше кажучи, ніякий сигнал, жодна дія чи обурення не можуть поширюватися швидше світла. Обидві частинки насправді є станом одного поля, наприклад електрон-позитронного. Впливаючи на поле в одній точці (на частину 1), ми створюємо обурення, яке поширюється подібно до хвиль на воді. У нерелятивістській квантовій механіці швидкість світла вважається нескінченно великою, тому виникає ілюзія миттєвої зміни.
Ситуація, коли частинки, рознесені великі відстані, залишаються пов'язаними у парі, здається парадоксальної через класичних поглядів на частках. Потрібно пам'ятати, що реально існують не частки, а поля. Те, що ми уявляємо як частинки – просто стан цих полів. Класичне уявлення про частинки зовсім непридатне в мікросвіті. Відразу ж виникають питання про розміри, форму, матеріал і структуру елементарних частинок. Насправді парадоксальні ситуації для класичного мислення виникають і з однією часткою. Наприклад, у досвіді Штерна-Герлаха атом водню пролітає через неоднорідне магнітне поле, спрямоване перпендикулярно швидкості. Спином ядра можна знехтувати через дещицю ядерного магнетона, нехай спочатку спин електрона спрямований уздовж швидкості.
Еволюцію хвильової функції атома легко розрахувати. Початковий локалізований хвильовий пакет розщеплюється на два однакових, що літають симетрично під кутом до початкового напрямку. Тобто атом, важка частка, що зазвичай розглядається, як класична з класичною траєкторією, розщепився на два хвильових пакети, які можуть розлетітися на цілком макроскопічні відстані. Заодно зауважу – з розрахунку випливає, що навіть ідеальний експеримент Штерна-Герлаха не може виміряти спин частинки.
Якщо детектор пов'язує атом водню, наприклад, хімічно, то «половинки» - два хвильових пакети, що розлетілися, збираються в один. Як відбувається така локалізація розмазаної частки – окремо існуюча теорія, в якій я не розуміюся. Бажаючі можуть знайти велику літературу з цього питання.
Висновок
Виникає питання – у чому сенс численних дослідів щодо демонстрації кореляцій між частинками на великих відстанях? Окрім підтвердження квантової механіки, в якій давно вже жоден нормальний фізик не сумнівається, це ефектна демонстрація, яка справляє враження на публіку та дилетантів-чиновників, які виділяють кошти на науку (наприклад, розробку квантових ліній зв'язку спонсорує Газпромбанк). Для фізики ці дорогі демонстрації нічого не дають, хоча дозволяють розвивати техніку експерименту.Література
1. Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Е. М. Квантова механіка (нерелятивістська теорія). - Видання 3-тє, перероблене та доповнене. - М: Наука, 1974. - 752 с. – («Теоретична фізика», том III).
2. Eberhard, P.H., “Bell's theorem and different concepts of nonlocality”, Nuovo Cimento 46B, 392-419 (1978)
