В 1999 группа ученых под руководством Марлана Скали провела эксперимент, который бросил вызов не только привычным представлениям о квантовом мире, но и фундаментальным принципам причинности и времени. Результаты этого исследования, получившего название “эксперимент с квантовым стирателем с отложенным выбором”, до сих пор будоражат умы ученых и философов, заставляя переосмыслить саму природу реальности.
Суть эксперимента заключалась в следующем: одиночные фотоны направлялись через две щели, стандартная установка для демонстрации волновых свойств света. Однако, после щелей располагалась призма, выполняющая роль квантового конвертера. Она преобразовывала каждый фотон, прошедший через щели, в пару квантово-запутанных фотонов – связанных между собой невидимыми нитями, независимо от расстояния между ними. Эти парные фотоны разделили на два направления.
Первый поток, содержащий так называемые “сигнальные” фотоны, направлялся непосредственно на основной детектор. Задача этого детектора – зарегистрировать, каким образом “сигнальные” фотоны проходят через щели, проявляя себя как волны (образуя интерференционную картину) или как частицы (проходя через одну конкретную щель).
Второй поток, состоящий из “холостых” фотонов, отправлялся на сложную систему зеркал (50%-отражателей) и детекторов. Здесь и кроется самая интригующая часть эксперимента. Эта система могла быть сконфигурирована двумя разными способами:
- Детекторы, используемые в этом варианте, были настроены на определение того, через какую именно щель прошел “холостой” фотон. Фактически, они осуществляли “измерение”, определяющее траекторию фотона.
- Другая конфигурация зеркал и детекторов, наоборот, была разработана так, чтобы полностью “стереть” информацию о том, через какую щель прошел “холостой” фотон. В этом случае измерение траектории не проводилось.
Результаты оказались ошеломляющими. Оказалось, что поведение “сигнальных” фотонов, регистрируемых основным детектором, напрямую зависело от того, каким образом измерялись “холостые” фотоны – и это происходило вне зависимости от расстояния и времени.
Если детектор во второй системе определял, через какую щель прошел “холостой” фотон (Вариант 1), то основной детектор регистрировал его квантово-запутанного “партнера” как частицу. В этом случае интерференционная картина исчезала. Если же детектор во второй системе не определял, через какую щель прошел “холостой” фотон (Вариант 2), то основной детектор фиксировал “сигнальный” фотон как волну, проявляющую интерференцию.
Самое поразительное заключалось в том, что решение о том, как измерять “холостые” фотоны – определяя или стирая информацию о щели – принималось после того, как “сигнальные” фотоны уже были зарегистрированы основным детектором. Другими словами, казалось, что будущее (решение о типе измерения) влияет на прошлое (поведение “сигнального” фотона, зарегистрированного ранее).
Эксперимент Скали наглядно продемонстрировал явление, получившее название “квантового стирателя с отложенным выбором”. Он не только подтвердил нелокальность квантовой запутанности, но и поставил под сомнение привычное представление о причинно-следственной связи и линейном течении времени. Многие ученые считают его одним из самых невероятных и фундаментальных экспериментов в истории науки, поскольку он заставляет нас пересмотреть глубоко укоренившиеся представления о реальности и месте наблюдателя во Вселенной. Результаты этого эксперимента до сих пор порождают множество интерпретаций и философских дискуссий, напоминая о том, что квантовый мир полон загадок, требующих дальнейшего изучения и осмысления.