«Бог не играет в кости», — говорил Эйнштейн. Но эксперименты показали: в квантовом мире события могут быть случайными. Запутанность, скрытые параметры и «жуткое действие на расстоянии»: в 1930-е годы спор о природе квантов перешёл от науки к философии. Читайте в карточках!
А открыть «свою квантовую Вселенную» можно на Фестивале науки 10-12 октября в Москве. Ждем тебя!
Эйнштейн считал: если коллапс волновой функции происходит мгновенно, то он должен передавать по пространству информацию быстрее скорости света. Это противоречило теории относительности. Для Эйнштейна это было немыслимо.
В 1935 году Эйнштейн, Подольский и Розен предложили мысленный эксперимент, который по первым буквам их фамилий получил название ЭПР-парадокса. Массивная частица со спином 0 распадается на две, которые разлетаются в разные стороны. При измерении спина одной из частиц, спин другой должен оказаться ему противоположным при измерении в той же ориентации, так как сумма спинов должна быть 0.
Таким образом, спин одной оказывается +½ («вверх»), другой — -½ («вниз»). Но как частицы «договариваются» об этом, если их разделяют огромные расстояния?
Квантовая механика утверждала: частицы описываются одной волновой функцией, независимо от расстояния. Измерение одной частицы мгновенно определяет состояние другой.
Но если частицы разлетелись на расстояние равное световому году (или больше), то по теории относительности частица, измеренная первой, не может быстрее чем за год передать второй информацию о значении своего спина и ориентации измерения. Так каким же образом вторая частица при одновременном измерении должна иметь информацию о результате измерения первой?
Эйнштейн видел только две возможные разгадки. Одна из них заключалась в том, что у частиц есть скрытые параметры — заранее заданные свойства, определяющие исход измерений. Но квантовая механика таких параметров не содержала. Поэтому вывод ЭПР-статьи звучал просто: теория неполна.
Другим возможным ответом была нелокальная запутанность — возможность существования между частицами «жуткого дальнодействия». Для Эйнштейна такая реальность была немыслимой.
«Нельзя ожидать, что можно дать какое-либо разумное определение реальности, допускающей такую возможность», — писал он в статье.
ЭПР-парадокс поставил ученых перед невозможным выбором: отвергнуть фундаментальную структуру пространства-времени или беспрецедентную практическую пользу квантовых вероятностей. Эйнштейн верил в скрытый порядок, Бор и коллеги — в фундаментальную случайность. Но большинство использовало обе теории, и со временем эти вопросы перешли из области физики в область философии.
Хотя в 1930-е проверить ЭПР-парадокс не могли, позже эксперименты с неравенствами Белла показали: квантовая механика права. Но природа перехитрила и Бора, и Эйнштейна: запутанность реальна, но из-за своей вероятностной природы, передавать информацию быстрее скорости света она не может. Запутанность не нарушает теорию относительности, но это не мешает ей быть основой новейших технологий — квантовой связи и вычислений.
Узнать больше о новых технологиях и прикоснуться к ним можно на Фестивале науки. Ждем вас!