Квантовая запутанность широко (благодаря массе новостных популярных публикаций) известное явление, при котором измерение состояния одной из частиц мгновенно меняет и состояние другой – физически с первой никак не связанной и находящейся на произвольном удалении. О том, как это работает, – есть разные мнения. А значит, о мнениях – не будем. Просто, о том, как это работает.
Начать же стоит с экскурса в историю вопроса. Ещё в 1935 году был сформулирован парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена. Согласно которому, квантово-механический принцип неопределённости, ограничивающий точность одновременного измерения координаты и импульса частицы, можно обмануть. Если взять частицы А и В, полученные при распаде частицы С с известным импульсом, то и импульс частицы В может быть измерен сколь угодно точно. Но так мы узнаём и импульс частицы А – математически, по закону сохранения. После чего, зная импульс А, что нам мешает точно измерить координату?
По преданию, столкнувшись с таким вызовом, Бор затворился в кабинете на сорок дней и сорок ночей, но смог придумать только «Квант поругаем не бывает!» К тому времени квантовая механика уже заработала репутацию сильнейшей теории, предсказания которой сбываются, даже если их абсурдность очевидна. Так что, вопрос замяли до времён, когда станет возможной экспериментальная проверка. С наступлением же таковых, естественно, оказалось, что Бор прав.
...И кстати, о принципе неопределённости. Который все любят. Но мало кто понимает. Вот он:
Обратить внимание в нём следует на «дельты». Это не «погрешности измерения», а среднеквадратичные отклонения в серии измерений. Если мы действительно имеем одну частицу, как в парадоксе (описывающем проблему условно, для своих) всё лишено смысла. Измерить и её импульс, и её координату мы можем «с точностью до половины деления шкалы». В пределе – бесконечно точно. Инструментальная погрешность измерения и неопределённость – из разных сказок.
Неопределённость же – дельта из формулы – это точность, с которой мы результат измерения можем… предсказать. Представим, что частица в коробке. Но в силу нелокализованности – размазанности в пространстве, она в ней не помещается целиком. Для того чтобы увидеть её всю, нужна коробка бесконечно большая. Взяв же бесконечно малую, мы не узнаем ничего. Одна точка может принадлежать распределению любой частицы, любой массы. В том числе и бесконечно большой. То есть, если дельта х стремится к нулю, неопределённость виртуальной массы устремляется в бесконечность.
Однако, всё это не работает, если частица одна. «Увидеть» её мы можем, только если она вступит во взаимодействие. Причём, координата и масса будут измерены… но с чем их сравнить? Мы же ничего о частице не знали, пока не видели её, значит и предсказаний нет. Следовательно, нужен поток частиц примерно одинаковых. Так измерения выполненные для одной, позволят предсказать параметры следующей и дельты оформятся, как средние отклонения.
...О чём речь? О квантовой спутанности. В реальности эффект выглядит так: существует два связанных общим происхождением потока частиц, один из которых падает на детектор максимально точно измеряющий импульс, а второй на детектор, измеряющий координату. Квантовая механика предсказывает, что произведение «дельт» – разбросов параметров – не будет меньше половины постоянной Планка. Эйнштейн же утверждал, что – может оказаться и меньше. Ведь, измерения независимы. Всё.
Первое, на что следует обратить внимание, – «неопределённость» не имеет никакого отношения к нашему знанию. С набором статистики дельта падает, но это независимые процессы для обоих детекторов. Если мы один отключим вообще, и ничего знать не будем, разброс параметров на другом не станет больше или меньше.
Второе же, – эксперимент в таком виде не информативен. «Может быть меньше» не значит «будет меньше». Как следствие, физикам пришлось несколько десятилетий ломать головы именно над постановкой эксперимента дающей однозначный – бинарный – результат. В итоге было избрано нечто совершенно другое – измерения спина пар фотонов. Спиральность фотона определяется только в момент его поглощения случайным образом. И она оказалась случайной, – для первого. Для второго уже закономерной, обратной спиральности первого. Независимо от расстояния и разбежки во времени поглощения.
Опять таки, внутри потока последовательность спиральностей была полностью случайной и не зависящей от наших «знания» или «не знания», – от того, включён ли второй детектор. Это должно быть ясно, но… просто на всякий случай.
Как это объясняется? Фотоны рождаются в одной реакции и их волновые функции – вероятностные распределения в пространстве – связаны. Волной функцией «материнской» частицы. Вроде бы просто, но – неожиданно. Ибо если так, – а точно ли это два разных фотона? То что они поглотились в разное время в разных местах – ни о чём. Частица перемещается квантовой телепортацией, и даже нельзя сказать что она «может быть в двух местах одновременно». Взаимодействие не занимает времени, так что, одновременность событий не определена. Нельзя утверждать, что две точки на оси времени совпадут, если их измерить бесконечно точно.
...Очевидно также, что спутанность, корни которой тянутся на 13.7 миллиардов лет назад, охватывает огромное количество частиц. При коллапсе волновой функции одной, меняются и волновые функции прочих. Есть даже версия (очень спорная), что частиц – каждого из типов – всего по одной штуке. Эта штука существует вне времени – в виртуальном пространстве – так что вопрос о ей спутанности с собой же во всех проявлениях за период существования вселенной, даже и не стоит.
Квантовая запутанность интересна не столько причинами, сколько следствиями – не до конца (и даже не с начала) понятными.
Блог нуждается в поддержке. Кошелёк ЮMoney 4100 1168 3178 5907
