Квантовая азбука: «Нелокальность»

0   6   0

Физика
27 марта 11:15


56f796bf5f1be75850000849

Квантовый мир очень далек от нашего, поэтому его законы часто кажутся нам странными и контринтуитивными. Однако важные новости из квантовой физики приходят буквально каждый день, так что иметь о них правильное представление сейчас необходимо — иначе работа физиков в наших глазах превращается из науки в магию и обрастает мифами. В прошлый раз мы говорили о квантовых компьютерах, сегодня разберемся с тем, что такое локальность и почему она нарушается в квантовом мире.

Предположим, зайдя на любимый научный портал, вы обратили внимание на статью с таким заголовком: «Физики обнаружили экстремальное нарушение локального реализма в квантовых гиперграфовых состояниях». Любопытство побуждает разобраться с тем, что же все-таки такое обнаружили физики, но дальше первых четырех слов заголовка продвинуться не так-то просто. Мы решили помочь со следующей парой терминов. На наши вопросы о локальном реализме и квантовой нелокальности ответил Александр Львовский, сотрудник РКЦ и профессор Университета Калгари.

Что такое локальность и принцип локальности в физике?

Эйнштейн ввёл такое понятие — физическая реальность. Это когда результат эксперимента (или вероятности возможных результатов) можно предсказать до проведения эксперимента. Например, мы точно знаем, что если подпрыгнем, то с вероятностью 100% приземлимся обратно, а не останемся парить в воздухе. Нам не нужно специально подпрыгивать, чтобы проверить это, и, соответственно, этот факт относится к категории физической реальности.

Так вот принцип локальности, тоже введенный Эйнштейном вместе с Подольским и Розеном в 1935 году, заключается в том, что физическую реальность нельзя изменить какими-то действиями на удалённом объекте, не взаимодействующем с нашим. Тривиально, не правда ли?

А что значит нарушение локальности? Как что-то может быть нелокальным, например, в нашем «большом» мире? Чем это плохо, например, в классической механике?

Нарушение локальности — это когда действия, скажем, Алисы на Венере мгновенно и без всякого взаимодействия меняют физическую реальность у Боба на Марсе (к примеру, теперь Боб, подпрыгнув, зависнет в воздухе). Такие вещи неприятны не только потому что они, казалось бы, нарушают теорию относительности, в соответствии с которой никакая информация не может передаваться мгновенно. Хуже то, что они нарушают здравый смысл, самые основания нашего представления о мире — что нельзя изменить состояние объекта, не взаимодействуя с ним.

На что похожи квантовые нарушения локальности?

В статье 1935 года, упомянутой выше, Эйнштейн с коллегами рассмотрел запутанное состояние двух частиц, у которых и координаты, и импульсы равны друг другу, но при этом нам неизвестны. Оно может возникнуть, например, при спонтанном параметрическом рассеянии — распаде фотона на два других с меньшей энергией. Тогда смотрите, что получается. Давайте отправим одну из этих частиц на Венеру к Алисе, а вторую — на Марс к Бобу. Допустим, Алиса измерит координату своей частицы. Тогда, поскольку известно, что координаты частиц Алисы и Боба в точности скоррелированы, мы получим у Боба частицу с определённой координатой. Если же Алиса измерит импульс (а импульсы тоже скоррелированы), то Боб получит состояние с определённым импульсом. Но ведь в квантовой механике существует принцип неопределенности, который говорит, что состояние с определенной координатой и состояние с определённым импульсом — две несовместимые друг с другом физические реальности. А раз так, то и принцип локальности нарушается.

Таким образом, в мысленном эксперименте Эйнштейна, Подольского и Розена нарушение локальности происходит только в предположении, что верен принцип неопределенности — то есть только в рамках гипотезы, что квантовая теория верна.

Может ли быть так, что мы чего-то не учитываем и частицы обо всем «договорились» в момент рождения?

Собственно, такой вывод Эйнштейн, Подольский и Розен сделали. Они сказали, что получается, что квантовая теория либо внутренне противоречива, либо противоречит основополагающему принципу локальности! Физики высказали надежду, что может быть, когда-нибудь, в будущем, удастся создать теорию, которая сможет объяснить экспериментальные результаты так же хорошо, как квантовая механика. При этом она будет объяснять корреляцию, которую я описал выше, именно таким образом — что частицы с момента рождения несут в себе какие-то скрытые, нам пока неизвестные, скоррелированные друг с другом параметры, которые и определят результат измерений.

Читать дальше.


Автор: Владимир Королёв

Источник: N+1


0



Для лиц старше 18 лет