Изначально физика считалась чуть ли не единственной наукой, которая способна дать точные предсказания. Например, физика говорила, как полетит пушечное ядро или комета, как будет вращаться планета. А тут вдруг появилась квантовая физика с понятиями вероятности и шанса. Квантовая физика даёт ненулевую вероятность любому странному событию! Так, например, Эйнштейн приходил в ужас от случайности квантовой физики. Ему даже принадлежит фраза «Бог не играет в кости». Хотя похоже всё-таки играет.
Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном решили прикончить квантовую физику и провели мысленный эксперимент, который по иронии судьбы подтвердил законность квантовой физики в нашем мире. Кроме того, этот эксперимент дал ключ к квантовой телепортации. Эксперимент так и назвали: "Эксперимент ЭПР", по первым буквам фамилий учёных.
Наш мир запутан
Возьмём два когерентных электрона, т. е. таких, которые колеблются в унисон. Если когерентные электроны разнести друг от друга на световые годы, они всё равно будут синхронно колебаться. Если с одним из электронов что-то произойдёт, второй сразу же «узнает» об этом – это явление называется квантовой запутанностью.
Можно сказать, что наша Вселенная запутана в паутине невидимых связей, проходящих через пары электронов, и, таким образом, отдалённые её части связаны друг с другом. Атомы наших тел запутаны с атомами, находящимися в другом конце Вселенной и меняясь, они меняют отдалённые уголки Вселенной и наоборот.
Суть эксперимента ЭПР
Итак, возьмём пару когерентных электронов и разнесём их на сотни световых лет. Каждый электрон похож на вращающийся волчок. Он может вращаться вниз или вверх, и это называется спином. Общий спин системы из двух электронов равен нулю, т.е. спин одного электрона направлен вверх, другого – вниз. Согласно квантовой теории, пока мы не измерили спин хотя бы одного электрона, он вращается одновременно и вниз, и вверх: его состояние не определено. Как только мы проведём наблюдение, неопределённость схлопнется и каждый электрон в паре приобретёт конкретный спин.
Допустим, мы измерили спин одного из электронов, и он вращается вниз, значит, мы мгновенно узнали, что второй электрон вращается вниз. И даже не важно, что пара электронов разделена световыми годами, информацию о втором электроне мы узнаем мгновенно. Более того, эту информацию мы получим быстрее, чем со скоростью света. Поскольку оба электрона запутаны, т.е. когерентны, состояние одной частицы мгновенно отражается на другой.
Так как информация о втором электроне передаётся со скоростью, которая выше скорости света, Эйнштейн считал этот мысленный эксперимент чем-то вроде похоронного марша для квантовой физики. Ведь ничто не может превысить скорость света.
Мысленный эксперимент становится реальным
Однако в 1980 году Алан Аспект повторил мысленный эксперимент Энштейна-Подольского-Розена (эксперимент ЭПР), но уже не мысленно, а в реальных условиях. Он взял два детектора и расположил их друг от друга на 13 метров. Аспект измерял спины электронов, которые испускались атомами кальция. Полученные атомы в точности совпадали с квантовой теорией.
И информация действительно передавалась со скоростью, выше скорости света. Однако это была бесполезная, случайная информация. Т.е. у нас не получится использовать, например, азбуку Морзе для передачи сообщения этим методом. Но зато у нас есть ещё один эксперимент, подтверждающий реальность квантовой физики. Прости, Эйнштейн.
Мир часто показывает, что он не обязан совпадать с нашими представлениями о нём. То, что кажется нереальным является вполне обыденным, хоть и противоречит жизненному опыту.
Статья основана на книге Митио Каку "Физика невозможного"
