Kvantpõimumine - inimkehad - eneseteadmine - artiklite kataloog - tingimusteta armastus

Puude sügisene kuldne lehestik säras eredalt. Õhtupäikese kiired puudutasid hõrenenud pealseid. Valgus murdis okstest läbi ja tekitas ülikooli "laagrimaja" seinal vilksamisi veidraid kujusid.

Sir Hamiltoni mõtlik pilk libises aeglaselt, jälgides chiaroscuro mängu. Iiri matemaatiku peas käis tõeline mõtete, ideede ja järelduste sulatusahi. Ta mõistis suurepäraselt, et paljude nähtuste seletamine Newtoni mehaanika abil on nagu varjude mäng seinal, mis põimib petlikult kujundeid ja jätab vastuseta palju küsimusi. "Võib-olla on see laine... või võib-olla osakeste voog," arvas teadlane, "või valgus on mõlema nähtuse ilming. Nagu varjust ja valgusest kootud figuurid.

Kvantfüüsika algus

Huvitav on jälgida suuri inimesi ja püüda mõista, kuidas sünnivad suurepärased ideed, mis muudavad kogu inimkonna evolutsiooni kulgu. Hamilton on üks neist, kes seisis kvantfüüsika päritolu juures. Viiskümmend aastat hiljem, 20. sajandi alguses, uurisid paljud teadlased elementaarosakesi. Saadud teadmised olid vastuolulised ja koondamata. Esimesed raputavad sammud siiski tehti.

Mikromaailma mõistmine kahekümnenda sajandi alguses

1901. aastal esitleti esimest aatomimudelit ja näidati selle ebaühtlust tavapärase elektrodünaamika positsioonilt. Samal perioodil avaldasid Max Planck ja Niels Bohr palju töid aatomi olemuse kohta. Vaatamata nende vaevarikkale tööle polnud aatomi struktuurist täielikku arusaamist.

Mõni aasta hiljem, 1905. aastal, avaldas vähetuntud saksa teadlane Albert Einstein raporti valguskvantide olemasolust kahes olekus – lainelises ja korpuskulaarses (osakestes). Tema töös toodi argumendid mudeli ebaõnnestumise põhjuse selgitamiseks. Einsteini nägemust piiras aga vana arusaam aatomimudelist.

Pärast Niels Bohri ja tema kolleegide arvukaid töid sündis 1925. aastal uus suund – omamoodi kvantmehaanika. Üldine väljend "kvantmehaanika" ilmus kolmkümmend aastat hiljem.

Mida me teame kvantidest ja nende veidrustest?

Tänapäeval on kvantfüüsika jõudnud üsna kaugele. On avastatud palju erinevaid nähtusi. Aga mida me tegelikult teame? Vastuse esitab üks tänapäeva teadlane. "Võite kvantfüüsikasse uskuda või mitte mõista," on määratlus. Mõelge sellele ise. Piisab mainida sellist nähtust nagu osakeste kvantpõimumine. See nähtus paiskas teadusmaailma täielikku segadusse. Veelgi suurem šokk oli see, et tekkinud paradoks ei sobinud Einsteiniga kokku.

Footonite kvantpõimumise mõju arutati esmakordselt 1927. aastal Solvay viiendal kongressil. Niels Bohri ja Einsteini vahel tekkis tuline vaidlus. Kvantpõimumise paradoks on täielikult muutnud arusaama materiaalse maailma olemusest.

On teada, et kõik kehad koosnevad elementaarosakestest. Sellest lähtuvalt peegelduvad kõik kvantmehaanika nähtused tavamaailmas. Niels Bohr ütles, et kui me Kuu peale ei vaata, siis seda pole olemas. Einstein pidas seda ebamõistlikuks ja uskus, et objekt eksisteerib vaatlejast sõltumatult.

Kvantmehaanika probleeme uurides tuleks mõista, et selle mehhanismid ja seadused on omavahel seotud ega allu klassikalisele füüsikale. Proovime mõista kõige vastuolulisemat valdkonda – osakeste kvantpõimumist.

Kvantpõimumise teooria

Alustuseks tasub mõista, et kvantfüüsika on nagu põhjatu kaev, millest võib leida kõike. Möödunud sajandi alguse kvantpõimumise fenomeni uurisid Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck ja paljud teised füüsikud. Kahekümnenda sajandi jooksul uurisid ja katsetasid seda aktiivselt tuhanded teadlased üle maailma.

Maailm allub rangetele füüsikaseadustele

Millest selline huvi kvantmehaanika paradokside vastu? Kõik on väga lihtne: me elame allutatud teatud füüsilise maailma seadustele. Võime ettemääratusest "mööda minna" avab maagilise ukse, mille taga saab kõik võimalikuks. Näiteks "Schrodingeri kassi" kontseptsioon viib mateeria kontrollimiseni. Võimalikuks saab ka kvantpõimumisest põhjustatud teabe teleportimine. Teabe edastamine muutub vahemaast sõltumata hetkeliseks.
Seda küsimust uuritakse endiselt, kuid sellel on positiivne suundumus.

Analoogia ja mõistmine

Mis on kvantpõimumises ainulaadset, kuidas seda mõista ja mis juhtub, kui see juhtub? Proovime selle välja mõelda. Selleks peate läbi viima mingi mõttekatse. Kujutage ette, et teie käes on kaks kasti. Igas neist on üks triibuga pall. Nüüd anname ühe kasti astronaudile ja ta lendab Marsile. Kui avate kasti ja näete, et pallil olev triip on horisontaalne, on teises kastis oleval kuulil automaatselt vertikaalne triip. See on kvantpõimumine, mida väljendatakse lihtsate sõnadega: üks objekt määrab eelnevalt teise asukoha.

Siiski tuleb mõista, et see on vaid pealiskaudne selgitus. Kvantipõimumise saavutamiseks peavad osakesed olema sama päritoluga, nagu kaksikud.

On väga oluline mõista, et katse katkeb, kui kellelgi enne teid oli võimalus vaadata vähemalt ühte objekti.

Kus saab kvantpõimumist kasutada?

Kvantpõimumise põhimõtet saab kasutada teabe koheseks edastamiseks pikkade vahemaade taha. Selline järeldus on vastuolus Einsteini relatiivsusteooriaga. See ütleb, et maksimaalne liikumiskiirus on omane ainult valgusele - kolmsada tuhat kilomeetrit sekundis. Selline teabeedastus võimaldab füüsilise teleportatsiooni olemasolu.

Kõik maailmas on informatsioon, ka mateeria. Sellele järeldusele jõudsid kvantfüüsikud. 2008. aastal oli teoreetilise andmebaasi põhjal võimalik palja silmaga näha kvantpõimumist.

See viitab taaskord sellele, et oleme suurte avastuste – ruumis ja ajas liikumise – lävel. Aeg universumis on diskreetne, nii et hetkeline liikumine suurte vahemaade tagant võimaldab sattuda erinevatesse ajatihedustesse (Einsteini ja Bohri hüpoteeside alusel). Võib-olla on see tulevikus reaalsus nagu mobiiltelefon praegu.

Eeterdünaamika ja kvantpõimumine

Mõnede juhtivate teadlaste sõnul seletatakse kvantpõimumist sellega, et ruum on täidetud mingi eetriga – musta ainega. Iga elementaarosake, nagu me teame, eksisteerib laine ja korpuskli (osakese) kujul. Mõned teadlased usuvad, et kõik osakesed asuvad tumeda energia "lõuendil". Seda pole lihtne mõista. Proovime seda välja mõelda muul viisil – seostamise teel.

Kujutage ette ennast mererannas. Puhub nõrk tuul ja nõrk tuul. Kas sa näed laineid? Ja kuskil kauguses, päikesekiirte peegeldustes paistab purjekas.
Laev on meie elementaarosake ja meri on eeter (tume energia).
Meri võib olla liikumises nähtavate lainete ja veepiiskade kujul. Samamoodi võivad kõik elementaarosakesed olla lihtsalt meri (selle lahutamatu osa) või eraldi osake – tilk.

See on lihtsustatud näide, kõik on mõnevõrra keerulisem. Osakesed ilma vaatleja kohalolekuta on laine kujul ja neil ei ole kindlat asukohta.

Valge purjekas on omaette objekt, mis erineb merevee pinnast ja struktuurist. Samamoodi on energiaookeanis “tipud”, mida võime tajuda meile teadaolevate jõudude ilminguna, mis kujundasid maailma materiaalset osa.

Mikromaailm elab oma seaduste järgi

Kvantpõimumise põhimõtet saab mõista, kui võtta arvesse asjaolu, et elementaarosakesed on lainete kujul. Mõlemad osakesed, millel pole konkreetset asukohta ja omadusi, asuvad energiaookeanis. Vaatleja ilmumise hetkel “muundub laine” puudutamiseks ligipääsetavaks objektiks. Teine osake, jälgides tasakaalusüsteemi, omandab vastupidised omadused.

Kirjeldatud artikkel ei ole suunatud kvantmaailma kokkuvõtlikele teaduslikele kirjeldustele. Tavainimese mõistmisvõime põhineb esitletava materjali mõistmise ligipääsetavusel.

Osakeste füüsika uurib kvantolekute põimumist elementaarosakese pöörlemise (pöörlemise) põhjal.

Teaduskeeles (lihtsustatult) - kvantpõimumine on määratletud erinevate spinnidega. Objektide vaatlemise käigus nägid teadlased, et eksisteerida saab ainult kaks keerutamist – piki ja risti. Kummalisel kombel teistes positsioonides osakesed vaatlejale ei "poseeri".

Uus hüpotees – uus vaade maailmale

Mikrokosmose – elementaarosakeste ruumi – uurimine on tekitanud palju hüpoteese ja oletusi. Kvantpõimumise mõju ajendas teadlasi mõtlema mingisuguse kvantmikrovõre olemasolule. Nende arvates on igas sõlmes - ristumispunktis - kvant. Kogu energia on terviklik võre ning osakeste avaldumine ja liikumine on võimalik ainult võre sõlmede kaudu.

Sellise võre “akna” suurus on üsna väike ja tänapäevaste seadmetega mõõtmine on võimatu. Selle hüpoteesi kinnitamiseks või ümberlükkamiseks otsustasid teadlased aga uurida footonite liikumist ruumilises kvantvõres. Asi on selles, et footon võib liikuda kas sirgelt või siksakidena – piki võre diagonaali. Teisel juhul kulutab ta suurema vahemaa läbimisel rohkem energiat. Sellest lähtuvalt erineb see sirgjooneliselt liikuvast footonist.

Võib-olla saame aja jooksul teada, et elame ruumilises kvantvõres. Või võib see oletus osutuda valeks. Küll aga viitab võre olemasolu võimalikkusele just kvantpõimumise printsiip.

Lihtsamalt öeldes on hüpoteetilises ruumilises "kuubis" ühe näo määratlus teise näo selge vastupidine tähendus. See on ruumi struktuuri säilitamise põhimõte – aeg.

Epiloog

Kvantfüüsika maagilise ja salapärase maailma mõistmiseks tasub heita pilk teaduse arengule viimase viiesaja aasta jooksul. Varem arvati, et Maa on lame, mitte sfääriline. Põhjus on ilmne: kui võtta selle kuju ümmarguseks, siis vesi ja inimesed ei pea vastu.

Nagu näeme, seisnes probleem selles, et puudus täielik nägemus kõigist mängus olevatest jõududest. Võimalik, et tänapäeva teadusel ei ole kvantfüüsika mõistmiseks piisavalt nägemust kõigist mõjuvatest jõududest. Lüngad nägemises tekitavad vastuolude ja paradokside süsteemi. Võib-olla sisaldab kvantmehaanika maagiline maailm vastuseid esitatud küsimustele.

Kvantpõimumine

Kvantpõimumine on tulevikutehnoloogiate, nagu kvantarvuti ja kvantkrüptograafia, aluseks ning seda on kasutatud ka kvantteleportatsiooni katsetes. Teoreetilises ja filosoofilises mõttes esindab see nähtus kvantteooria üht revolutsioonilisemat omadust, kuna on näha, et kvantmehaanika ennustatud korrelatsioonid on täiesti vastuolus ideedega reaalse maailma näiliselt ilmsest lokalisatsioonist, milles teave süsteemi oleku kohta saab edastada ainult selle vahetu keskkonna kaudu. Erinevad vaated selle kohta, mis kvantmehaanilise takerdumise protsessis tegelikult toimub, viivad kvantmehaanika erineva tõlgenduseni.

Taust

1935. aastal sõnastasid Einstein, Podolsky ja Rosen kuulsa Einsteini-Podolsky-Roseni paradoksi, mis näitas, et ühenduvuse tõttu muutub kvantmehaanika mittelokaalseks teooriaks. Einstein naeruvääristas kuulsalt sidusust, nimetades seda "kaugelt tegutsemise õudusunenäoks". Loomulikult lükkas mittelokaalne ühenduvus ümber TO-postulaadi valguse kiiruse (signaali edastamise) piiramise kohta.

Teisest küljest on kvantmehaanika suurepärased tulemused eksperimentaalsete tulemuste ennustamisel ja tegelikult on täheldatud isegi tugevaid korrelatsioone, mis on tingitud takerdumise nähtusest. On olemas viis, mis näib edukalt seletavat kvantpõimumist - "varjatud parameetrite teooria" lähenemisviis, mille puhul korrelatsioonide eest vastutavad teatud, kuid tundmatud mikroskoopilised parameetrid. 1964. aastal näitas J. S. Bell aga, et sellisel viisil "head" lokaalset teooriat on siiski võimatu konstrueerida, st kvantmehaanika ennustatud takerdumist saab eksperimentaalselt eristada tulemustest, mida ennustavad laia klassi teooriad. kohalikud peidetud parameetrid. Järgnevate katsete tulemused andsid kvantmehaanikale vapustava kinnituse. Mõned kontrollid näitavad, et nendes katsetes on mitmeid kitsaskohti, kuid üldiselt aktsepteeritakse, et need ei ole olulised.

Ühenduvus toob kaasa huvitava seose relatiivsusprintsiibiga, mis väidab, et informatsioon ei saa liikuda ühest kohast teise kiiremini kui valguse kiirus. Kuigi kaks süsteemi võivad olla üksteisest suure vahemaaga eraldatud ja takerdunud, on nende ühenduse kaudu võimatu kasulikku teavet edastada, seega ei riku põimumine põhjuslikku seost. See juhtub kahel põhjusel:
1. kvantmehaanika mõõtmistulemused on oma olemuselt põhimõtteliselt tõenäosuslikud;
2. Kvantseisundi kloonimise teoreem keelab takerdunud olekute statistilise testimise.

Osakeste mõju põhjused

Meie maailmas on mitmete kvantosakeste eriseisundid – põimunud olekud, milles vaadeldakse kvantkorrelatsioone (üldiselt on korrelatsioon juhuslike kokkusattumuste tasemest kõrgemate sündmuste suhe). Neid korrelatsioone saab tuvastada eksperimentaalselt, mida tehti esimest korda üle kahekümne aasta tagasi ja mida nüüd kasutatakse rutiinselt mitmesugustes katsetes. Klassikalises (st mittekvant-) maailmas on kahte tüüpi korrelatsioone – kui üks sündmus põhjustab teise või kui neil mõlemal on ühine põhjus. Kvantteoorias tekib kolmas korrelatsiooni tüüp, mis on seotud mitme osakese takerdunud olekute mittelokaalsete omadustega. Seda kolmandat tüüpi korrelatsiooni on raske ette kujutada tuttavate igapäevaste analoogiate abil. Või äkki on need kvantkorrelatsioonid mingi uue, senitundmatu interaktsiooni tulemus, tänu millele takerdunud osakesed (ja ainult nemad!) üksteist mõjutavad?

Kohe tasub rõhutada sellise hüpoteetilise interaktsiooni “ebanormaalsust”. Kvantkorrelatsioone täheldatakse isegi siis, kui kahe suure vahemaaga eraldatud osakese tuvastamine toimub samaaegselt (katsevea piires). See tähendab, et kui selline interaktsioon toimub, peaks see laboratoorses võrdlusraamistikus ülikiiresti levima ülivalguse kiirusega. Ja sellest järeldub paratamatult, et teistes võrdlussüsteemides on see interaktsioon üldiselt hetkeline ja toimib isegi tulevikust minevikku (ehkki põhjuslikkuse põhimõtet rikkumata).

Eksperimendi olemus

Katse geomeetria. Genfis genereeriti takerdunud footonite paarid, seejärel saadeti footonid mööda võrdse pikkusega kiudoptilisi kaableid (märgitud punasega) kahte vastuvõtjasse (tähistatud tähtedega APD), mis olid üksteisest 18 km kaugusel. Pilt käsitletud Looduse artiklist

Katse idee on järgmine: loome kaks takerdunud footonit ja saadame need kahte detektorisse, mis asuvad üksteisest võimalikult kaugel (kirjeldatud katses oli kahe detektori vaheline kaugus 18 km). Sel juhul muudame footonite teed detektoritele võimalikult identseks, et nende tuvastamise hetked oleksid võimalikult lähedased. Selles töös langesid tuvastamismomendid kokku umbes 0,3 nanosekundilise täpsusega. Nendes tingimustes täheldati endiselt kvantkorrelatsioone. See tähendab, et kui eeldame, et need "töötavad" ülalkirjeldatud interaktsiooni tõttu, peaks selle kiirus ületama valguse kiirust sada tuhat korda.
Sellise katse viis sama rühm tegelikult läbi ka varem. Selle töö ainus uudsus on see, et eksperiment kestis kaua. Kvantkorrelatsioone täheldati pidevalt ja need ei kadunud ühelgi kellaajal.
Miks see oluline on? Kui mõni meedium kannab hüpoteetilist koostoimet, on sellel meediumil spetsiaalne tugiraamistik. Maa pöörlemise tõttu liigub labori tugiraam selle tugisüsteemi suhtes erinevatel kiirustel. See tähendab, et ajavahemik kahe footoni tuvastamise kahe sündmuse vahel on selle kandja puhul kogu aeg erinev, olenevalt kellaajast. Eelkõige saabub hetk, mil need kaks sündmust selle keskkonna jaoks tunduvad samaaegsed. (Siin, muide, kasutatakse relatiivsusteooria fakti, et kaks samaaegset sündmust on samaaegsed kõigis inertsiaalsetes tugikaadrites, mis liiguvad risti neid ühendava joonega).

Kui kvantkorrelatsioonid viiakse läbi ülalkirjeldatud hüpoteetilise interaktsiooni tõttu ja kui selle interaktsiooni kiirus on lõplik (isegi meelevaldselt suur), siis sel hetkel korrelatsioonid kaoksid. Seetõttu sulgeks pidev korrelatsioonide jälgimine päeva jooksul selle võimaluse täielikult. Ja sellise katse kordamine erinevatel aastaaegadel sulgeks selle hüpoteesi isegi lõpmatult kiire interaktsiooniga oma spetsiaalses võrdlusraamistikus.

Kahjuks ei õnnestunud seda katse ebatäiuslikkuse tõttu saavutada. Selles katses kulub mitu minutit signaali kogunemist, et öelda, et korrelatsioone tegelikult täheldatakse. Korrelatsioonide kadumist, näiteks 1 sekundiks, see katse ei märganud. Sellepärast ei saanud autorid hüpoteetilist interaktsiooni täielikult sulgeda, vaid said ainult piirangu selle levimiskiirusele oma valitud võrdlusraamis, mis muidugi vähendab oluliselt saadud tulemuse väärtust.

Võib olla...?

Lugeja võib küsida: kui ülalkirjeldatud hüpoteetiline võimalus siiski realiseerub, kuid eksperimendi käigus jäi see selle ebatäiuslikkuse tõttu lihtsalt kahe silma vahele, siis kas see tähendab, et relatiivsusteooria on vale? Kas seda efekti saaks kasutada teabe üliluminaalseks edastamiseks või isegi ruumis liikumiseks?

Ei. Ülalkirjeldatud hüpoteetiline interaktsioon teenib ühte eesmärki - need on "käigud", mis panevad kvantkorrelatsioonid "töötama". Kuid on juba tõestatud, et kvantkorrelatsioone kasutades on võimatu edastada teavet valguse kiirusest kiiremini. Seetõttu, olenemata kvantkorrelatsioonide mehhanismist, ei saa see relatiivsusteooriat rikkuda.
© Igor Ivanov

Vt väändeväljad.
Peenmaailma alustaladeks on füüsiline vaakum- ja torsioonväljad. 4. VAIMKEHA.
DNA ja SÕNA elavad ja surnud.
Kvantpõimumine.
Kvantteooria ja telepaatia.
Ravi mõttejõuga.
Soovitused ja enesehüpnoos.
Vaimne ravi.
Alateadlik ümberprogrammeerimine.

Autoriõigus © 2015 Tingimusteta armastus

Kvantpõimumine on nähtus, mille puhul mõne varem ühtse kvantmehaanilise süsteemi alamsüsteemid, olles üksteisest vahemaaga eraldatud, jätkavad üksteise mõjutamist. Sel juhul mõjutab ühe süsteemi oleku muutus teist süsteemi. Nähtus on olemuselt kvantloomuline ja sellel puudub klassikaline analoog.

Kohv jahtub, hooned varisevad kokku, munad purunevad ja tähed kihisevad universumis, mis näib olevat määratud lagunema ühtlase halli olekusse, mida tuntakse termilise tasakaalu nime all. Astronoom-filosoof Sir Arthur Eddington nimetas 1927. aastal energia järkjärgulist levikut kui tõendit pöördumatust "aja noolest".

Kuid füüsikute põlvkondade hämminguks ei paista ajanool järelduvat füüsika põhiseadustest, mille järgi ajas edasi liikumine on sama mis tagasiliikumine. Nende seaduste kohaselt, kui teaks kõigi universumi osakeste liikumisteid ja pööraks need ümber, siis energia pigem koguneks, mitte ei hajuks: külm kohv soojeneks spontaanselt, hooned saaksid prahist kokku ja päikesevalgus koguneks tagasi päike.

"Me oleme klassikalises füüsikas tugevad," ütles Ühendkuningriigi Bristoli ülikooli füüsikaprofessor Sandu Popescu QuantaMagazine'ile. "Kui ma teaksin rohkem, kas saaksin sündmuste pöördeid pöörata, panna kokku kõik purunenud muna molekulid?" Muidugi ütleb professor, et aja noolt ei kontrolli inimese teadmatus. Ja ometi, alates termodünaamika sünnist 1850. aastatel, on ainuke teadaolev lähenemisviis energia leviku arvutamisel olnud sõnastada tundmatute osakeste trajektooride statistiline jaotus ja näidata, et aja jooksul muudab teadmatus asjade pildi häguseks.

Füüsikud on nüüd kindlaks teinud aja noole põhiallika. Nad ütlevad, et energia hajub ja objektid jõuavad tasakaalu, sest elementaarosakesed põimuvad omavahel suhtlemisel – see on kummaline efekt, mida nimetatakse kvantpõimumiseks. "Me saame lõpuks aru, miks tass kohvi ruumis tasakaalus püsib," ütleb Bristoli kvantfüüsik Tony Short. "Kohvitassi ja ruumi oleku vahel koguneb segadus." Popescu, Short ja nende kolleegid Noah Linden ja Andreas Winter teatasid avastusest 2009. aastal ajakirjas Physical Review E, väites, et objektid saavutavad tasakaalu ehk energia ühtlase jaotuse oleku lõpmatu aja jooksul kvantmehaanilise põimumise kaudu oma objektidega. keskkond. Sarnase avastuse avaldas mõni kuu varem ajakirjas Physical Review Letters Peter Reiman Bielefeldi ülikoolist Saksamaal. Short ja tema kolleegid tugevdasid argumenti 2012. aastal, näidates, et takerdumine põhjustab tasakaalu piiratud aja jooksul. Samuti avaldatud teoses arXiv.org veebruaris astus kaks eraldi rühma järgmise sammu, arvutades, et enamik füüsilisi süsteeme tasakaalustub kiiresti, nende suurusega proportsionaalse aja jooksul.

Kui uus uurimissuund on õige, algab aja noole lugu kvantmehaanilisest ideest, mille kohaselt on loodus oma olemuselt ebakindel. Elementaarosakel puuduvad spetsiifilised füüsikalised omadused ja see on määratud ainult teatud olekute tõenäosusega. Näiteks võib osakesel olla teatud hetkel 50 protsenti päripäeva ja 50 protsenti vastupäeva. Põhja-Iiri füüsiku John Belli eksperimentaalselt kontrollitud teoreem väidab, et osakesel pole "tõelist" olekut; tõenäosused on ainus asi, mida saab selle kirjeldamiseks kasutada. Kvantmääramatus viib paratamatult takerdumiseni, mis on aja noole oletatav allikas.

Kui kaks osakest interakteeruvad, ei saa neid enam kirjeldada eraldi, iseseisvalt arenevate tõenäosustega, mida nimetatakse "puhasteks olekuteks". Selle asemel muutuvad nad keerukama tõenäosusjaotuse põimunud komponentideks, mida kirjeldavad kaks osakest koos. Süsteem tervikuna on puhtas olekus, kuid iga üksiku osakese olek on "segatud". Need kaks osakest võivad olla teineteisest valgusaastate kaugusel, kuid iga osakese pöörlemine on korrelatsioonis teise osakesega. Albert Einstein kirjeldas seda hästi kui "õudset tegevust eemalt". Brunner ütleb, et "põimumine on teatud mõttes kvantmehaanika olemus" või seadused, mis reguleerivad subatomaarsetel skaaladel interaktsioone. See nähtus on kvantarvutuse, kvantkrüptograafia ja kvantteleportatsiooni aluseks.

Mõte, et takerdumine võib seletada aja noolt, tekkis Seth Lloydil esmakordselt kolmkümmend aastat tagasi, kui ta oli 23-aastane Harvardi füüsikakraadiga Cambridge'i ülikooli filosoofia eriala lõpetanud. Lloyd mõistis, et kvantmääramatus ja see, kuidas see levib, kui osakesed üha enam takerduvad, võib asendada inimeste ebakindlust (või teadmatust) vanades klassikalistes tõendites kui ajanoole tõelise allikana. Kasutades üldtuntud kvantmehaanilist lähenemist, milles teabeühikud on põhilised ehitusplokid, uuris Lloyd mitu aastat osakeste arengut ühtede (1-de) ja nullide (0-de) segamises. Ta leidis, et kui osakesed hakkavad üksteisega üha enam takerduma, kandub neid kirjeldav teave (näiteks päripäeva pöörlemise ja 0 vastupäeva pöörlemise korral) üle, et kirjeldada takerdunud osakeste süsteemi tervikuna. Tundub, nagu kaotaksid osakesed järk-järgult oma individuaalse autonoomia ja muutusid kollektiivse riigi etturiteks. Sel hetkel avastas Lloyd, et osakesed jõuavad tasakaaluolekusse, nende olekud lakkavad muutumast, nagu kohvitass jahtub toatemperatuurini. „Mis tegelikult toimub? Asjad on üha rohkem seotud. Aja nool on kasvavate korrelatsioonide nool.

"Kui Lloyd oma lõputöös selle idee välja pakkus, polnud maailm veel valmis," ütleb ETH Zürichi teoreetilise füüsika instituudi juht Renato Renner. - Keegi ei mõistnud teda. Mõnikord on vaja ideid, et tulla õigel ajal. 2009. aastal tabas Bristoli füüsikute meeskonna tõestus kvantinformatsiooni teoreetikuid, avades uusi viise nende meetodite rakendamiseks. See näitas, et kui objektid suhtlevad oma keskkonnaga – näiteks kohvitassi osakesed õhuga – lekib teave nende omaduste kohta välja ja määrdub keskkonnaga,“ selgitab Popescu. See lokaalne teabekadu põhjustab kohvi oleku stagnatsiooni, isegi kui kogu ruumi netoseisund areneb edasi. Kui harvaesinevad juhuslikud kõikumised välja arvata, ütleb teadlane, et "tema seisund ei muutu aja jooksul." Selgub, et külm kohvitass ei saa iseenesest kuumeneda. Põhimõtteliselt, kui ruumi puhas olek areneb, võib kohv ootamatult õhuga "segamata" minna ja minna puhtasse olekusse. Kuid kohvis on nii palju rohkem segatud olekuid kui puhtaid, et seda peaaegu kunagi ei juhtu – universum saab otsa varem, kui me selle tunnistajaks saame. See statistiline ebatõenäosus muudab aja noole pöördumatuks.

"Põhimõtteliselt avab takerdumine teile tohutu ruumi," kommenteerib Popescu. - Kujutage ette, et olete pargis, teie ees on värav. Niipea, kui neisse sisenete, leiate end tohutust ruumist ja eksite sinna. Ka te ei naase kunagi värava juurde."
Uues aja noole loos läheb informatsioon kaotsi pigem kvantpõimumise protsessi kui inimlike teadmiste subjektiivse puudumise tõttu, mille tulemuseks on kohvitassi ja ruumi tasakaal. Ruum tasakaalustab lõpuks väliskeskkonnaga ja keskkond – veelgi aeglasemalt – triivib tasakaalu poole ülejäänud universumiga. 19. sajandi termodünaamilised hiiglased nägid seda protsessi kui energia järkjärgulist hajumist, mis suurendab universumi üldist entroopiat ehk kaost. Tänapäeval näevad Lloyd, Popescu ja teised selle valdkonna esindajad aja noolt erinevalt. Nende arvates muutub teave üha laialivalguvamaks, kuid ei kao kunagi täielikult. Kuigi entroopia lokaalselt suureneb, jääb universumi üldine entroopia konstantseks ja nulliks.

"Universum tervikuna on puhtas olekus," ütleb Lloyd. "Kuid selle üksikud osad, mis on ülejäänud universumiga takerdunud, jäävad segamini."

"Nendes töödes pole midagi, mis selgitaks, miks te väravast alustate," ütleb Popescu, naastes pargi analoogia juurde. "Teisisõnu, nad ei selgita, miks universumi algne seisund oli tasakaalust kaugel." Teadlane vihjab, et see küsimus on seotud Suure Paugu olemusega.
Vaatamata hiljutistele edusammudele tasakaalustamisaegade arvutamisel, ei saa uut lähenemisviisi siiski kasutada konkreetsete asjade, nagu kohv, klaas või eksootilised olekud, termodünaamiliste omaduste arvutamiseks.

"Eesmärk on leida kriteeriumid, mille alusel asjad käituvad nagu aknaklaas või tass teed," ütleb Renner. "Ma arvan, et näen selles suunas rohkem tööd, kuid palju tööd on veel ees."
Mõned teadlased on väljendanud kahtlust, kas see abstraktne lähenemine termodünaamikale suudab kunagi täpselt selgitada, kuidas konkreetsed vaadeldavad objektid käituvad. Kuid kontseptuaalsed edusammud ja uus matemaatiline formalism aitavad teadlastel juba esitada termodünaamika teoreetilisi küsimusi, nagu kvantarvutite põhipiirangud ja isegi universumi lõplik saatus.

Kakskümmend kuus aastat pärast Lloydi ajanoolte idee eepilist läbikukkumist on tal hea meel olla tunnistajaks selle tõusule ja ta püüab rakendada oma viimase töö ideid musta auku langeva teabe paradoksi puhul.

Teadlaste sõnul võib meie võimet meeles pidada minevikku, kuid mitte tulevikku, mis on veel üks ajanoole ilming, samuti näha interakteeruvate osakeste vaheliste korrelatsioonide suurenemist. Kui loete midagi paberilt, korreleerib aju teavet silmadesse jõudvate footonite kaudu. Alles sellest hetkest saate paberile kirjutatu meelde jätta. Nagu Lloyd märgib: "Olevikku võib määratleda kui protsessi, mis suhestub (või seostub) meie ümbrusega." Põimude pideva kasvu taustaks kogu universumis on loomulikult aeg ise. Füüsikud rõhutavad, et hoolimata suurtest edusammudest mõistmisel, kuidas muutused ajas toimuvad, pole nad sugugi lähemal aja enda olemuse mõistmisele või sellele, miks see ruumi kolmest ülejäänud dimensioonist erineb. Popescu nimetab seda mõistatust "üks suurimaid mõistatusi füüsikas".

"Võime arutada tõsiasja, et tund tagasi oli meie aju seisundis, mis korreleerus vähemate asjadega," ütleb ta. «Aga meie arusaam, et aeg läheb, on hoopis teine ​​asi. Tõenäoliselt vajame füüsikas revolutsiooni, mis selle saladuse meile paljastaks.

See on elegantne ja võimas kontseptsioon. See viitab sellele, et aeg on esilekerkiv nähtus, mis ilmneb tegelikkuses kvantpõimumise olemuse tõttu. Ja see on olemas ainult meie universumi vaatlejate jaoks. Iga jumalataoline vaatleja väljaspool seda näeb staatilist muutumatut universumit, nagu varasem Wheeler-DeWitti kvantvõrrand varem ennustas. Loomulikult ei ole meil mingit võimalust hankida vaatlejat väljaspool meie universumit ja meil pole võimalust seda teooriat kunagi kinnitada. Vähemalt oli see nii tänaseni. Hiljuti said Ekaterina Moreva Itaalias Torinos asuvast Istituto Nazionale di Ricerca Metrologicast ja mitmed tema kolleegid esimest korda katseliselt testida Page ja Woutersi ideid. Ja nad näitasid, et aeg on sisevaatlejate jaoks tõepoolest esilekerkiv nähtus, kuid väliste vaatlejate jaoks seda ei eksisteeri.

See katse hõlmab mänguasjauniversumi loomist, mis koosneb paarist takerdunud footonitest ja vaatlejast, kes saab mõõta nende olekut kahel viisil. Esimeses mõõdab vaatleja süsteemi arengut sellega mässides. Teises mõõdab jumalasarnane vaatleja evolutsiooni välise kellaga, mis on mänguasjauniversumist täiesti sõltumatu.

Katse ise on üsna lihtne. Kõigil takerdunud footonitel on polarisatsioon, mida saab muuta kaksikmurdva plaadi läbimisega. Esimesel juhul mõõdab vaatleja ühe footoni polarisatsiooni, takerdudes sellega sellega kokku. Seejärel võrdleb see tulemust teise footoni polarisatsiooniga. Vahe, mille ta saab, on aja mõõt.

Teisel juhul läbivad mõlemad footonid ka kaksikmurduvaid plaate, mis muudavad nende polarisatsiooni. Kuid sel juhul mõõdab vaatleja ainult mõlema footoni globaalseid omadusi, võrreldes neid sõltumatu kellaga.

Sel juhul ei saa vaatleja footonite vahel mingeid erinevusi märgata, ilma et satuks ühega neist segadusse. Ja kui vahet pole, tundub süsteem talle staatiline. Teisisõnu, aega selles ei teki.

See on väga muljetavaldav eksperiment. Välimus on teaduses populaarne mõiste. Eelkõige on viimasel ajal füüsikud hakanud huvi tundma idee vastu, et gravitatsioon on samuti selline esilekerkiv nähtus. Ja siit oli jäänud vaid üks samm sarnase aja tekkimise mehhanismi ideeni. Tekkival gravitatsioonil puudub loomulikult eksperimentaalne demonstratsioon, mis näitaks, kuidas see praktikas töötab. Seetõttu on Moreva looming nii tähtis – see on esimene maailmas, mis asetab abstraktse ja eksootilise idee stabiilsele eksperimentaalsele alusele. Võib-olla on selle töö kõige olulisem tulemus see, et see oli esimene, kes demonstreeris, et kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria ei ole nii kokkusobimatud.

Järgmine samm on idee edasiarendus, eriti makroskoopilisel tasandil. Üks asi on näidata, kuidas aeg footonites tekib, ja teine ​​asi on mõista, kuidas see inimeste jaoks tekib. Kvantmehaanika on juba üsna sügavalt tunginud seotud teadusvaldkondadesse. Püüdes elu ennast kvantteooria abil selgitada, sünnitas see isegi oma bioloogia. Kuid siiani pole keegi julgenud otse väita, et takerdumise mõju peitub elusolendite tuumas – DNA spiraali sees.

Vastsündinu kvantbioloogiat ei tunnustata ametlikult teadusliku distsipliinina. Sellest on aga juba saanud üks huvitavamaid ja põnevamaid kõrguuringute teemasid. Näiteks kvantefektide olulise rolli paljastamine mitmetes bioloogilistes protsessides, nagu fotosüntees. Uue uuringu viis läbi Singapuri riikliku ülikooli (NSU) füüsikute rühm. Elizabeth Rieper ja tema kolleegid lähtusid sellest, et DNA kaksikheeliks ei lagune just kvantpõimumise põhimõtte tõttu.

Oma julge teooria testimiseks ehitasid teadlased arvutis DNA lihtsustatud teoreetilise mudeli. Selles koosneb iga nukleotiid elektronide pilvest, mis ümbritseb tsentraalset positiivselt laetud tuuma. See "negatiivne" pilv võib tuuma suhtes liikuda, tekitades dipooli. Sel juhul viib pilve edasi-tagasi nihkumine harmoonilise ostsillaatori tekkeni.

Riperti ja tema kolleege hakkas huvitama, mis juhtub pilvede (fonoonide) vibratsiooniga, kui aluspaarid tekitavad DNA kaksikheeliksi. Teadlaste sõnul peaksid nukleotiidipaaride moodustumisel nende ühendatud pilved teoreetiliselt vibreerima naaberpaarist pilve vastassuunas, et tagada kogu struktuuri stabiilsus. Kuna fononid on oma olemuselt kvantobjektid, võivad nad eksisteerida olekute superpositsioonina ja takerduda. Teadlased alustasid oletamisest, et spiraali väljastpoolt ei mõjuta termilised mõjud. "On selge, et paarikaupa ühendatud harmooniliste ostsillaatorite ahelaid saab mässida ainult nulltemperatuuril, " ütleb Ripert. Oma artiklis, mida pole veel teadusajakirjades avaldatud, esitavad füüsikud tõendeid selle kohta, et põimumisefekt võib põhimõtteliselt ilmneda toatemperatuuril. Ja võib-olla on põhjuseks see, et kirjeldatud fononite lainepikkus on lähedane DNA spiraali suurusele. See võimaldab moodustada niinimetatud seisulaineid (nähtust, mida tuntakse foonide püüdmisena). Pärast seda ei saa fononid "põgeneda". See mõju ei ole hiiglasliku molekuli puhul eriti oluline, välja arvatud juhul, kui see ulatub kogu spiraali ulatuses. Riperti ja tema sõprade poolt läbi viidud arvutimodelleerimine näitab aga, et efekt on tõeliselt kolossaalne.

Iga aluspaari elektronpilv mitte ainult ei vibreeri kooskõlas oma naabrite liikumistega - fononid on olekute superpositsioonis. Ja kõigi selliste DNA võnkumiste üldpilti kirjeldavad kvantseadused: kogu ahela ulatuses võnguvad nukleotiidostsillaatorid sünkroonselt - see on kvantpõimumise ilming. Spiraali üldine liikumine osutub nulliks.

DNA spiraali mudel, mille fragment on suurendatud kahe külgneva aluspaariga. Nende võnkumiste kahes äärmises asendis olevad elektronpilved on esile tõstetud sinisega, mille suunad on näidatud nooltega (illustratsioon Rieper et al.). Kui proovite seda mudelit kirjeldada eranditult klassikalise füüsika raames, siis ei saa juhtuda midagi ülaltoodust: "klassikaline" spiraal peaks kaootiliselt vibreerima ja lagunema. Teadlaste sõnul on DNA "liimimise" eest vastutavad kvantefektid. Kuid nagu kosmiliste lainetuste teooria puhul - praeguse teose ambitsioonika "kaksikõe" puhul (tõsi, makrokosmose objektidega hõivatud), pole põhiküsimus originaalne: kuidas seda järeldust tõestada? Vastust veel pole. Riperti meeskond lõpetab oma artikli intrigeeriva ideega, et takerdumine mõjutab kuidagi otseselt seda, kuidas DNA-st teavet "loetakse". Nad ütlevad, et tulevikus seda testitakse ja kasutatakse eksperimentaalselt. Kuidas täpselt – keegi ei oska veel aimatagi.

Vaatamata teatud määral spekulatiivsusele, erutas füüsikute esitatud oletus paljusid meeli. Kvantefekte on ju leitud juba ka kõige ootamatumatest kohtadest, näiteks elektriahelast, kuid sellise mastaabiga - mikroskoopilise ja samas uskumatult olulise - väiteid pole siiani keegi esitanud.

Ülaltoodu valguses näeb naljakas välja inimene, kes kulutab palju vaeva mitme kubiidi soliidsesse kehasse mässimiseks, sest ta ei kahtlustagi, et taolise süsteemi markantseim näide on tema ise.

Kvantpõimumine

Internetis on nii palju häid artikleid, mis aitavad arendada adekvaatseid ideid “põimunud olekute” kohta, et jääb üle teha sobivaimad valikud, ehitades üles kirjeldustaseme, mis tundub maailmavaatelise saidi jaoks vastuvõetav.

Artikli teema: Paljudele inimestele on lähedane mõte, et kõiki takerdunud olekute põnevaid veidrusi saaks sel viisil seletada. Segame mustad ja valged pallid ilma vaatamata, pakime need kastidesse ja saadame erinevatesse suundadesse. Avame kasti ühelt poolt, vaatame: must pall, mille järel oleme 100% kindlad, et teises kastis on valge pall. See on kõik:)

Artikli eesmärk ei ole rangelt süveneda kõigisse "põimunud seisundite" mõistmise tunnustesse, vaid koostada üldiste ideede süsteem koos põhiprintsiipide mõistmisega. Täpselt nii tulebki suhtuda kõigesse ülaltoodusse :)

Paneme kohe paika määrava konteksti. Kui spetsialistid (ja mitte sellest spetsiifikast kaugel vaidlejad, mõnes mõttes isegi teadlased) räägivad kvantobjektide põimumisest, ei pea nad silmas seda, et see moodustab mingi seosega ühe terviku, vaid seda, et ühest objektist saavad täpselt samasugused kvantomadused kui teisel. (aga mitte kõik, vaid need, mis Pauli seaduse järgi lubavad paaris identiteeti, seega pole paaritunud paari spin identne, vaid üksteist täiendav). Need. See ei ole ühendus ega interaktsiooniprotsess, kuigi seda saab kirjeldada üldise funktsiooniga. See on oleku tunnus, mida saab ühelt objektilt teisele “teleportida” (muide, on ka laialt levinud sõna “teleport” väärtõlgendus). Kui te seda kohe ei otsusta, võite minna müstikasse väga kaugele. Seetõttu peavad kõik, kes asja vastu huvi tunnevad, olema selgelt kindlad, mida täpselt mõistetakse "segaduse" all.

Milleks see artikkel alguse sai, taandub ühele küsimusele. Kvantobjektide käitumise erinevus klassikalistest avaldub ainsas seni teadaolevas verifitseerimismeetodis: kas teatud kontrollitingimus on täidetud või mitte - Belli ebavõrdsus (täpsemalt allpool), mis “põimunud” kvantobjektide puhul käitub nii, nagu oleks eri suundades saadetud objektide vahel on seos. Kuid seos ei näi olevat tõeline, sest... ei saa üle kanda ei informatsiooni ega energiat.

Pealegi see ühendus ei sõltu ei kaugusest ega ajast: kui kaks objekti olid “põimunud”, siis, olenemata nende ohutusest, käitub teine ​​nii, nagu oleks ühendus endiselt olemas (kuigi sellise ühenduse olemasolu saab tuvastada ainult mõlema objekti mõõtmisega, saab selline mõõtmine olema ajaliselt eraldatud: esmalt mõõtke, seejärel hävitage üks objektidest ja mõõtke teine ​​hiljem. Näiteks vt R. Penrose). On selge, et mis tahes tüüpi "ühendust" on sel juhul raske mõista ja tekib küsimus: kas mõõdetud parameetri (mida kirjeldab lainefunktsioon) kadumise tõenäosuse seadus võib olla selline, et ebavõrdsus ei ole rikutud kummaski otsas ja üldise statistikaga mõlemas otsas - rikuti - ja loomulikult ilma igasuguse seoseta, välja arvatud seos üldise esilekerkimise aktiga.

Annan vastuse ette: jah, saab, eeldusel, et need tõenäosused ei ole "klassikalised", vaid toimivad keerukate muutujatega, et kirjeldada "olekute superpositsiooni" - justkui leiaks samaaegselt kõik võimalikud olekud teatud tõenäosusega. iga.

Kvantobjektide puhul on nende oleku (lainefunktsiooni) kirjeldaja täpselt selline. Kui me räägime elektroni asukoha kirjeldamisest, siis selle leidmise tõenäosus määrab "pilve" topoloogia - elektroni orbitaali kuju. Mis vahe on klassikalisel ja kvantil?

Kujutagem ette kiiresti pöörlevat jalgrattaratast. Kusagil on sellel punane ketas külgmise esitule helkuri jaoks, kuid selles kohas näeme ainult hägususe tihedamat varju. Tõenäosus, et pulga rattasse pannes helkur pulgast teatud asendis peatub, määratakse lihtsalt kindlaks: üks pulk - üks kindel asend. Panime kaks pulka sisse, aga ratta peatab vaid see, mis on veidi varasem. Kui me püüame oma pulgad täielikult kleepida samaaegselt, tagades, et pulga ratast puudutavate otste vahele ei jääks aega, siis tekib teatav ebakindlus. "Ei olnud aega" interaktsioonide vahel objekti olemusega - kogu kvantimede mõistmise olemus :)

Elektroni kuju määrava "pöörlemiskiirus" (polarisatsioon - elektrilise häire levimine) on võrdne maksimaalse kiirusega, millega kõik looduses võib levida (valguse kiirus vaakumis). Me teame relatiivsusteooria järeldust: sel juhul muutub selle häire aeg nulliks: looduses pole midagi, mis võiks juhtuda selle häire mis tahes kahe levimispunkti vahel; aega selleks ei eksisteeri. See tähendab, et häire suudab aega raiskamata suhelda teiste seda mõjutavate "pulkadega" - samaaegselt. Ja tõenäosus, milline tulemus interaktsiooni ajal konkreetses ruumipunktis saadakse, tuleb arvutada tõenäosusega, mis võtab arvesse seda relativistlikku efekti: Kuna elektronil pole aega, ei saa ta valida. vähimatki erinevust kahe "pulga" vahel nendega suhtlemisel ja teeb seda samaaegselt oma "vaatepunktist": elektron läbib korraga kahte pilu erineva lainetihedusega mõlemas ja seejärel sekkub kahe üksteise peale asetseva lainega.

Siin on erinevus tõenäosuste kirjeldustes klassikalises ja kvantis: Kvantkorrelatsioonid on "tugevamad" kui klassikalised. Kui mündi väljakukkumise tulemus sõltub paljudest mõjuteguritest, kuid üldiselt on need üheselt määratud nii, et tuleb lihtsalt teha täpne müntide väljaviskamise masin ja need kukuvad samamoodi, on juhuslikkus “kadunud”. Kui teha automaat, mis torkab elektronipilve, siis määrab tulemuse see, et iga torke tabab alati midagi, ainult et selles kohas on elektroni olemuse erinev tihedus. Ei ole muid tegureid peale mõõdetud parameetri elektronis leidmise tõenäosuse staatilise jaotuse ja see on hoopis teist laadi determinism kui klassikas. Aga see on ka determinism, s.t. see on alati arvutatav, reprodutseeritav, ainult lainefunktsiooniga kirjeldatud singulaarsusega. Pealegi puudutab selline kvantdeterminism ainult kvantlaine terviklikku kirjeldust. Kuid kvanti jaoks oma aja puudumise tõttu suhtleb see absoluutselt juhuslikult, st. selle parameetrite kogu mõõtmise tulemuse ette ennustamiseks pole kriteeriumit. Selles mõttes on e (klassikalises vaates) absoluutselt mittedeterministlik.

Elektron eksisteerib tõesti ja tõeliselt staatilise moodustise (ja mitte orbiidil pöörleva punkti) kujul - elektrilise häire seisva laine kujul, millel on veel üks relativistlik efekt: risti "leviku" põhitasandiga (selge, miks tsitaadid:) elektriväli tekib ka staatiline polarisatsioonipiirkond, mis on võimeline mõjutama teise elektroni sama piirkonda: magnetmoment. Elektriline polarisatsioon elektronis annab elektrilaengu efekti, selle peegeldumine ruumis teiste elektronide mõjutamise võimaluse näol - magnetlaengu kujul, mis ei saa eksisteerida iseenesest ilma elektrilaenguta. Ja kui elektriliselt neutraalses aatomis kompenseeritakse elektrilaengud tuumalaengutega, siis saab magnetilisi suunata ühes suunas ja saame magneti. Põhjalikumad ideed selle kohta leiate artiklist .

Suunda, kuhu elektroni magnetmoment suunatakse, nimetatakse spinniks. Need. spin on elektrilise deformatsiooni laine enda peale asetamise meetodi ilming seisva laine moodustumisega. Spinni arvväärtus vastab ennast kattuva laine karakteristikule Elektroni puhul: +1/2 või -1/2 (märk sümboliseerib polarisatsiooni külgnihke suunda – “magnetilist” vektorit).

Kui aatomi välisel elektronkihil on üks elektron ja järsku ühineb sellega teine ​​(kovalentse sideme moodustumine), siis tõusevad nad nagu kaks magnetit kohe positsioonile 69, moodustades sideme energiaga paariskonfiguratsiooni, mis tuleb nende elektronide taaskasutamiseks murda. Sellise paari koguspinn on 0.

Spin on parameeter, mis mängib takerdunud olekute arvestamisel olulist rolli. Vabalt leviva elektromagnetilise kvanti puhul on tingimusliku parameetri “spin” olemus endiselt sama: välja magnetilise komponendi orientatsioon. Kuid see ei ole enam staatiline ega too kaasa magnetmomendi tekkimist. Selle parandamiseks pole vaja magnetit, vaid polarisaatori pilu.

Et saada ideid kvantpõimumise kohta, soovitan lugeda Aleksei Levini populaarset ja lühikest artiklit: Kirg eemalt . Palun järgige linki ja lugege enne jätkamist :)

Seega realiseeruvad konkreetsed mõõteparameetrid alles mõõtmise ajal ja enne seda eksisteerisid need tõenäosusjaotuse kujul, mis moodustas makromaailmale nähtava mikromaailma polarisatsiooni leviku dünaamika relativistlike mõjude staatika. Kvantmaailmas toimuva olemuse mõistmine tähendab tungida selliste relativistlike efektide ilmingutesse, mis tegelikult annavad kvantobjektile olemise omadused. samaaegselt erinevates olekutes kuni konkreetse mõõtmise hetkeni.

"Põimunud olek" on kahe osakese täiesti deterministlik olek, millel on kvantomaduste kirjeldusest nii identne sõltuvus, et järjekindla käitumisega kvantstaatika olemuse iseärasuste tõttu tekivad mõlemas otsas järjekindlad korrelatsioonid. Erinevalt makrostatistikast on kvantstatistikas võimalik selliseid korrelatsioone säilitada ruumis ja ajas eraldatud ning varem parameetrites järjekindlate objektide puhul. See väljendub Belli ebavõrdsuse täitumise statistikas.

Kuidas erineb kahe vesinikuaatomi segamata elektronide lainefunktsioon (meie abstraktne kirjeldus) (kuigi selle parameetrid on üldtunnustatud kvantarvud)? Mitte midagi peale selle, et paaritu elektroni spinn on juhuslik, ilma Belli ebavõrdsust rikkumata. Paaritud sfäärilise orbitaali moodustumisel heeliumi aatomis või kahe vesinikuaatomi kovalentsetes sidemetes kahe aatomiga üldistatud molekulaarorbitaali moodustumisel osutuvad kahe elektroni parameetrid üksteisega kooskõlas olevaks. . Kui takerdunud elektronid jagunevad ja nad hakkavad liikuma eri suundades, siis ilmub nende lainefunktsiooni parameeter, mis kirjeldab tõenäosustiheduse nihet ruumis aja funktsioonina – trajektoor. Ja see ei tähenda sugugi, et funktsioon oleks ruumis ära määritud, lihtsalt sellepärast, et objekti leidmise tõenäosus muutub sellest mingil kaugusel nulliks ja sinna ei jää midagi, mis viitaks elektroni leidmise tõenäosusele. See on eriti ilmne, kui paar on õigeaegselt lahutatud. Need. tekivad kaks lokaalset ja sõltumatut deskriptorit, mis liiguvad osakesi vastassuundades. Kuigi ikka on võimalik kasutada ühte üldkirjeldust, on see vormistaja õigus :)

Lisaks ei saa osakeste keskkond jääda ükskõikseks ja allub ka muutmisele: keskkonna osakeste lainefunktsiooni deskriptorid muutuvad ja osalevad oma mõju kaudu tekkivas kvantstatistikas (tekitades selliseid nähtusi nagu dekoherentsus) . Kuid tavaliselt ei mõtle peaaegu keegi kirjeldada seda üldise lainefunktsioonina, kuigi ka see on võimalik.

Paljud allikad pakuvad nende nähtuste kohta üksikasjalikku teavet.

M.B. Mensky kirjutab:

"Üks selle artikli eesmärke... on põhjendada seisukohta, et on olemas kvantmehaanika formuleering, milles ei teki paradokse ja milles saab vastused kõigile küsimustele, mida füüsikud tavaliselt esitavad. Paradoksid tekivad vaid siis, kui teadlast ei rahulda see teooria "füüsiline" tasand, kui ta esitab küsimusi, mida füüsikas pole kombeks püstitada, ehk siis kui ta võtab enda ülesandeks püüda väljuda füüsika piiridest.. ...Põimunud olekutega seotud kvantmehaanika eripärad sõnastati esmakordselt seoses EPR paradoksiga, kuid praegu ei tajuta neid paradoksaalsetena. Inimeste jaoks, kes töötavad professionaalselt kvantmehaanilise formalismiga (st enamiku füüsikute jaoks), ei ole midagi paradoksaalset ei EPR-paarides ega isegi väga keerulistes põimunud olekutes, kus igas terminis on palju termineid ja suur hulk tegureid. Selliste olekutega tehtud katsete tulemusi on põhimõtteliselt lihtne arvutada (kuigi keerukate põimunud olekute arvutamisel on loomulikult võimalikud tehnilised raskused)."

Kuigi tuleb öelda, et aruteludes teadvuse rolli ja teadliku valiku üle kvantmehaanikas, osutub Mensky selleks, kes võtab " võtke julgus kokku ja proovige füüsika piire ületada". See meenutab katseid läheneda psüühika nähtustele. Kvantprofessionaalina on Mensky hea, kuid psüühika mehhanismides on ta nagu Penrose naiivne.

Väga lühidalt ja tinglikult (ainult olemuse mõistmiseks) takerdunud olekute kasutamisest kvantkrüptograafias ja teleportatsioonis (kuna just see hämmastab tänulike vaatajate kujutlusvõimet).

Niisiis, krüptograafia. Peate saatma jada 1001

Kasutame kahte kanalit. Esimese järgi saadame ühe biti kujul takerdunud osakese ja teise järgi info selle kohta, kuidas saadud andmeid tõlgendada.

Oletame, et kasutatud kvantmehaanilise parameetri spinni võimalikule seisundile tingimuslikes olekutes on alternatiiv: 1 või 0. Pealegi on nende esinemise tõenäosus iga vabanenud osakeste paari puhul tõeliselt juhuslik ega anna edasi mingit tähendust.

Esimene ülekanne. Mõõtmisel Siin selgus, et osakesel on olek 1. See tähendab, et teisel on olek 0. Nii et maht Vajaliku ühiku kättesaamise lõpus edastame biti 1. Seal nad mõõdavad osakese olekut ja, et teada saada, mida see tähendab, lisavad selle edastatavale 1. Nad saavad 1. Samal ajal kontrollivad nad valgega, et takerdumine pole katkenud, s.t. infot pealt ei kuulatud.

Teine käik. Tulemuseks on jällegi olek 1. Teisel on 0. Edastame info - 0. Liidame kokku ja saame vajaliku 0.

Kolmas käik. Siin on olek 0. See tähendab - 1. Et saada 0, edastame 0. Lisame, saame 0 (kõige vähemtähtsas numbris).

Neljandaks. Siin - 0, seal - 1, seda tuleb tõlgendada kui 1. Me edastame teabe - 0.

See on põhimõte. Infokanali pealtkuulamine on täiesti korrelatsioonita järjestuse (esimese osakese oleku krüpteerimine võtmega) tõttu kasutu. Hägustatud kanali pealtkuulamine – häirib vastuvõttu ja tuvastatakse. Edastuse õigsuse ja pealtkuulamatuse määrab Belli järgi edastuse statistika mõlemast otsast (vastuvõtvas otsas on kõik vajalikud andmed edastatava otsa kohta).

See on teleportatsiooni sisu. Seal ei ole osakesele mingi suvalise oleku pealesurumine, vaid ainult ennustus, milline see olek on pärast (ja alles pärast) siinse osakese mõõtmise teel ühendusest eemaldamist. Ja siis nad ütlevad, et toimus kvantoleku üleminek koos komplementaarse oleku hävimisega alguspunktis. Saanud siit infot oleku kohta, saab kvantmehaanilist parameetrit ühel või teisel viisil reguleerida nii, et see osutub siin olevaga identseks, aga siin seda enam ei ole ja räägitakse keelu rakendamisest. kloonimine seotud olekus.

Tundub, et makrokosmoses pole nendele nähtustele analooge, ei palle, õunu jne. klassikalisest mehaanikast ei saa tõlgendada kvantobjektide selle olemuse avaldumist (tegelikult pole sellel põhimõttelisi takistusi, mida näidatakse allpool viimases lingis). See on peamine raskus neile, kes soovivad saada nähtavat "seletust". See ei tähenda, et selline asi poleks mõeldav, nagu mõnikord väidetakse. See tähendab, et peate üsna hoolikalt töötama relativistlike kontseptsioonide kallal, mis mängivad kvantmaailmas otsustavat rolli ja ühendavad kvantmaailma makromaailmaga.

Kuid ka see pole vajalik. Tuletagem meelde esituse põhiülesannet: milline peaks olema mõõdetud parameetri materialiseerumise seadus (mida kirjeldab lainefunktsioon), et ebavõrdsust ei rikutaks kummaski otsas ja üldise statistikaga rikutaks seda mõlemad otsad. Selle mõistmiseks on palju tõlgendusi, kasutades abiabstraktsioone. Nad räägivad ühest ja samast asjast selliste abstraktsioonide erinevates keeltes. Neist kaks on ideekandjate vahel jagatud õigsuse poolest kõige märkimisväärsemad. Loodan, et peale öeldut saab selgeks, mida silmas peetakse :)

Kopenhaageni tõlgendus Einsteini-Podolsky-Roseni paradoksi käsitlevast artiklist:

" (EPR paradoks) – näiline paradoks... Kujutagem ette, et kahel galaktika erinevates otstes asuval planeedil on kaks münti, mis kukuvad alati välja ühtemoodi. Kui salvestate kõigi visete tulemused ja seejärel võrdlete neid, langevad need kokku. Tilgad ise on juhuslikud ja neid ei saa kuidagi mõjutada. Näiteks on võimatu kokku leppida, et pead on üks ja sabad nullid, ja seega edastada kahendkoodi. Lõppude lõpuks on nullide ja ühtede jada traadi mõlemas otsas juhuslik ja sellel ei ole mingit tähendust.

Selgub, et paradoksil on seletus, mis sobib loogiliselt nii relatiivsusteooria kui ka kvantmehaanikaga.

Võib arvata, et see seletus on liiga ebausutav. See on nii kummaline, et Albert Einstein ei uskunud kunagi "jumalasse, kes mängib täringut". Kuid Belli ebavõrdsuse hoolikad katsetused on näidanud, et meie maailmas juhtub mittekohalikke õnnetusi.

Oluline on rõhutada selle loogika üht juba mainitud tagajärge: põimunud olekute mõõtmised ei riku relatiivsusteooriat ja põhjuslikkust, kui need on tõeliselt juhuslikud. Mõõtmise asjaolude ja häire vahel ei tohiks olla seost, mitte vähimatki mustrit, sest vastasel juhul tekiks võimalus info hetkeliseks edastamiseks. Seega tõendavad kvantmehaanika (Kopenhaageni tõlgenduses) ja takerdunud olekute olemasolu looduses indeterminismi olemasolu."

Statistilises tõlgenduses näidatakse seda mõiste "statistiliste ansamblite" kaudu (sama):

Statistilise tõlgenduse seisukohalt ei ole kvantmehaanika reaalsed uurimisobjektid üksikud mikroobjektid, vaid samades makrotingimustes paiknevate mikroobjektide statistilised ansamblid. Vastavalt sellele tähendab fraas "osake on sellises ja sellises olekus" tegelikult "osake kuulub sellisesse ja sellisesse statistilisse ansamblisse" (koosneb paljudest sarnastest osakestest). Seetõttu muudab ühe või teise alamrühma valik algkoosseisus oluliselt osakese olekut, isegi kui sellele otsest mõju ei olnud.

Lihtsa illustratsioonina vaadake järgmist näidet. Võtame 1000 värvilist münti ja viskame need 1000 paberilehele. Tõenäosus, et juhuslikult valitud paberilehele jääb "peade" jäljend, on 1/2. Samal ajal on lehtede puhul, millel mündid asuvad "sabaga" üleval, sama tõenäosus 1 - see tähendab, et meil on võimalus kaudselt kindlaks teha jäljendi olemus paberil, vaadates mitte lehte ennast, vaid ainult münti. Sellise “kaudse mõõtmisega” seotud ansambel on aga täiesti erinev algsest: see ei sisalda enam 1000 paberilehte, vaid ainult umbes 500!

Seega kehtiks EPR-i “paradoksi” määramatuse seose ümberlükkamine ainult siis, kui algsele ansamblile oleks võimalik samaaegselt valida mittetühi alamansambel nii impulsi kui ka ruumikoordinaatide alusel. Ent just sellise valiku võimatust kinnitab määramatuse seos! Teisisõnu, EPR “paradoks” kujuneb tegelikult nõiaringiks: see eeldab juba ette ümberlükatava fakti ebaõigsust.

Võimalus osakese "ülevalguse signaaliga". A osakesele B põhineb ka asjaolu eiramisel, et mõõdetud suuruste väärtuste tõenäosusjaotused ei iseloomusta mitte konkreetset osakeste paari, vaid statistilist ansamblit, mis sisaldab tohutul hulgal selliseid paare. Siinkohal võib sarnasena käsitleda olukorda, kus pimedas visatakse linale värviline münt, misjärel leht tõmmatakse välja ja lukustatakse seifi. Tõenäosus, et "pead" on lehele trükitud, on a priori võrdne 1/2. Ja see, et see muutub kohe 1-ks, kui lülitame valguse sisse ja veendume, et münt on "saba" ülespoole kõik näitavad meie pilgu võimet udutada keemiliselt seifi lukustatud esemeid.

Rohkem detaile: A.A. Pechenkin Ensemble kvantmehaanika tõlgendused USA-s ja NSV Liidus.

Ja veel üks tõlgendus saidilt http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm:

Van Fraasseni modaalne tõlgendus eeldab, et füüsilise süsteemi seisund muutub ainult põhjuslikult, s.t. Schrödingeri võrrandi kohaselt ei määra see olek aga üheselt mõõtmise ajal tuvastatud füüsikaliste suuruste väärtusi.

Popper toob siinkohal oma lemmiknäite: laste piljard (nõeltega kaetud laud, millel veereb ülalt alla metallist kuul, mis sümboliseerib füüsilist süsteemi – piljard ise sümboliseerib eksperimentaalset seadet). Kui pall on piljardi tipus, on meil üks kalduvus, üks eelsoodumus jõuda mingisse punkti laua allosas. Kui fikseerisime palli kuskil laua keskel, muutsime katse spetsifikatsiooni ja saime uue eelsoodumuse. Kvantmehaaniline indeterminism on siin täielikult säilinud: Popper näeb ette, et piljard ei ole mehaaniline süsteem. Me ei suuda palli trajektoori jälgida. Kuid “lainepaketi redutseerimine” ei ole subjektiivse vaatluse akt, see on eksperimentaalse olukorra teadlik ümberdefineerimine, kogemuse tingimuste kitsendamine.

Võtame faktid kokku

1. Vaatamata parameetri kadumise absoluutsele juhuslikkusele massis takerdunud osakeste paaride mõõtmisel, ilmneb järjepidevus igas sellises paaris: kui paari ühe osakese spinn on 1, siis paari teise osakese spinn on vastupidine spin. See on põhimõtteliselt arusaadav: kuna paaris olekus ei saa olla kahte osakest, millel on samas energiaseisundis sama spinn, siis nende lõhenemisel, kui konsistents säilib, jäävad spinnid ühtlaseks. Niipea kui ühe spinn on kindlaks määratud, saab teada ka teise spinn, hoolimata asjaolust, et spinni juhuslikkus mõõtmisel mõlemalt poolt on absoluutne.

Lubage mul lühidalt selgitada kahe osakese täiesti identsete olekute võimatust ühes kohas aegruumis, mida aatomi elektronkihi struktuuri mudelis nimetatakse Pauli printsiibiks ja järjepidevate olekute kvantmehaanilises arvestamises. - takerdunud objektide kloonimise võimatuse põhimõte.

On midagi (veel teadmata), mis tegelikult takistab kvantil või sellele vastaval osakesel olla ühes lokaalses olekus teisega – kvantparameetrite poolest täiesti identsed. See realiseerub näiteks Casimiri efektis, kui plaatide vahelised virtuaalsed kvantid ei saa olla lainepikkusega, mis ei ületa vahet. Ja see on eriti selgelt realiseeritud aatomi kirjelduses, kui antud aatomi elektronid ei saa olla kõigis aspektides identsete parameetritega, mis on aksioomiliselt formaliseeritud Pauli printsiibiga.

Esimesel, lähimal kihil võib olla ainult 2 sfääri kujul olevat elektroni (s-elektronid). Kui neid on kaks, siis on neil erinevad spinnid ja nad on paaris (põimunud), moodustades sidumisenergiaga ühise laine, mida tuleb selle paari purustamiseks rakendada.

Teisel, kaugemal ja kõrgemal energiatasemel võib olla 4 kahe paari elektroni "orbitaali" seisulaine kujul, mis on kujuga kaheksaks (p-elektronid). Need. suurem energia võtab rohkem ruumi ja võimaldab mitmel juba ühendatud paaril olla kõrvuti. Teine kiht erineb energeetiliselt esimesest kihist 1 võimaliku diskreetse energia oleku võrra (mida rohkem välimisi elektrone, mis kirjeldavad ruumiliselt suuremat pilve, on ka suurema energiaga).

Kolmas kiht võimaldab teil juba ruumiliselt olla 9 nelinurkse orbiiti (d-elektronid), neljas - 16 orbiiti - 32 elektroni, vormi mis meenutavad erinevates kombinatsioonides ka mahukaheksaid ( f-elektronid).

Elektronpilvede kujundid:

a – s-elektronid; b – p-elektronid; c – d-elektronid.

See diskreetselt erinevate olekute kogum – kvantarvud – iseloomustab elektronide võimalikke lokaalseid olekuid. Ja see tulebki sellest.

Kui kahel elektronil on erinevad spinnidüksenergiatase (kuigi see pole põhimõtteliselt vajalik: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) paari, tekib ühine “molekulaarorbitaal”, mille energiatase on energia ja sideme tõttu madalam. Kaks vesinikuaatomit, millest igaüks jagab paardumata elektroni, moodustavad nende elektronide ühise kattuvuse – (lihtsa kovalentse) sideme. Niikaua kui see eksisteerib, on tõesti kahel elektronil ühine ühtne dünaamika – ühine lainefunktsioon. Kui kaua? "Temperatuur" või midagi muud, mis võib sideenergiat kompenseerida, lõhub selle. Aatomid lendavad lahku, elektronid ei jaga enam ühist lainet, vaid on endiselt üksteist täiendavas, vastastikku järjekindlas takerdumises. Aga seost enam ei ole :) See on hetk, mil üldisest lainefunktsioonist ei tasu enam rääkida, kuigi tõenäosuslikud karakteristikud kvantmehaanika mõttes jäävad samaks, nagu jätkuks see funktsioon üldlaine kirjeldamiseks. See tähendab täpselt järjepideva korrelatsiooni ilmnemise võime säilitamist.

Kirjeldatakse meetodit takerdunud elektronide tootmiseks nende interaktsioonide kaudu: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.html või rahvapäraselt-skemaatiliselt - sisse http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " Elektronide "määramatuse seose" loomiseks, st nende "segaseks ajamiseks", peate veenduma, et need on kõigis aspektides identsed, ja seejärel tulistada need elektronid kiire jaoturisse. Mehhanism "lõhestab" iga elektroni, viies need "superpositsiooni" kvantolekusse, mille tulemusena liigub elektron võrdselt ühel kahest teest.".

2. Mõlema poole mõõtmiste statistika korral võib juhuslikkuse vastastikune kooskõla paarides viia Belli ebavõrdsuse rikkumiseni teatud tingimustel. Kuid mitte mõne erilise, seni tundmatu kvantmehaanilise üksuse kasutamise kaudu.

Järgnev lühike artikkel (R. Pnrose'i esitatud ideede põhjal) võimaldab meil jälgida (näidata põhimõtet, näidet), kuidas see võimalik on: Belli ebavõrdsuse suhtelisus ehk alasti kuninga uus meel. Seda näitab ka A. V. Belinsky töö, mis on avaldatud ajakirjas Advances in Physical Sciences: Belli teoreem ilma lokaalsuse eelduseta. Veel üks A.V. Belinsky töö huvilistele kaalumiseks: Belli teoreem trikhotoomiliste vaadeldavate objektide kohta, samuti arutelu D.P.S.-iga, prof, Acad. Valeri Borisovitš Morozov (FRTK-MIPT füüsikaosakonna foorumite ja "dubinushki" üldtunnustatud valgusti), kus Morozov pakub kaalumiseks mõlemat A. V. Belinski tööd: Aspekti kogemus: küsimus Morozovile. Ja lisaks teemale Belli ebavõrdsuse rikkumiste võimalikkusest ilma pikaajalisi meetmeid võtmata: Modelleerimine Belli ebavõrdsuse abil.

Pange tähele, et "Belli ebavõrdsuse relatiivsus või alasti kuninga uus mõistus" ega ka "Belli teoreem ilma lokaalsuse eelduseta" ei pretendeeri kirjeldada kvantmehaanilise takerdumise mehhanismi. Ülesanne on näidatud esimese lingi viimases lauses: "Pole põhjust viidata Belli ebavõrdsuse rikkumisele kui ühegi kohaliku realismi mudeli vaieldamatule ümberlükkamisele." need. selle kasutamise piiriks on alguses öeldud teoreem: "Võib eksisteerida klassikalise paikkonna mudeleid, milles Belli ebavõrdsust rikutakse." Selle kohta on arutelus täiendavaid selgitusi.

Ma annan teile ka enda mudeli.
“Kohaliku realismi rikkumine” on lihtsalt relativistlik efekt.
Keegi (tavaline) ei vaidle vastu sellele, et maksimaalse kiirusega (valguse kiirus vaakumis) liikuval süsteemil pole ei ruumi ega aega (Lorentzi teisendus annab sel juhul aja ja ruumi nulli), s.t. kvanti jaoks on see korraga nii siin kui seal, ükskõik kui kaugel see seal ka poleks.
On selge, et takerdunud kvantidel on oma lähtepunkt. Ja elektronid on samasugused kvantid seisulaine olekus, st. eksisteerivad siin ja seal samaaegselt kogu elektroni eluea jooksul. Kõik kvantide omadused osutuvad meile, neile, kes tajuvad seda väljastpoolt, ette määratud, sellepärast. Me koosneme lõpuks kvantidest, mida on nii siin kui seal. Nende jaoks on interaktsiooni levimise kiirus (maksimaalne kiirus) lõpmatult suur. Kuid kõik need lõpmatused on erinevad, nagu ka lõikude erinevad pikkused, kuigi igaühel on lõpmatu arv punkte, kuid nende lõpmatuste suhe annab pikkuste suhte. Nii ilmub meie jaoks aeg ja ruum.
Meie jaoks rikutakse eksperimentides kohalikku realismi, kuid kvantide jaoks mitte.
Kuid see lahknevus ei mõjuta tegelikkust mitte kuidagi, sest me ei saa sellist lõpmatut kiirust praktiliselt ära kasutada. Kvantteleportatsiooni ajal ei edastata ei teavet ega, eriti ainet, määramatult kiiresti.
Nii et see kõik on vaid relativistlike efektide naljad, ei midagi enamat. Neid saab kasutada kvantkrüptograafias või milleski muus, kuid neid ei saa kasutada reaalseks pikamaategevuseks.

Vaatame Belli ebavõrdsuse olemust.
1. Kui arvestite orientatsioon mõlemas otsas on sama, siis on mõlemas otsas pöörlemise mõõtmistulemus alati vastupidine.
2. Kui arvestite suund on vastupidine, siis on tulemus sama.
3. Kui vasakpoolse meetri orientatsioon erineb parempoolsest vähem kui teatud nurga võrra, siis realiseerub punkt 1 ja kokkulangevused jäävad Belli poolt sõltumatutele osakestele ennustatud tõenäosuse piiresse.
4. Kui nurk ületab, siis punkt 2 ja kokkulangevused on suuremad kui Belli ennustatud tõenäosus.

Need. väiksema nurga all saame spinnide valdavalt vastupidised väärtused ja suurema nurga all valdavalt identsed.
Miks see spinniga juhtub, võib ette kujutada, pidades meeles, et elektroni spin on magnet ja seda mõõdetakse ka magnetvälja orientatsiooni järgi (või vabas kvantis on spin polarisatsiooni suund ja seda mõõdetakse pilu orientatsioon, mille kaudu polarisatsiooni pöörlemistasand peaks langema).
On selge, et saates magneteid, mis olid algselt seotud ja säilitasid saatmisel vastastikuse orientatsiooni, mõjutame neid mõõtmise ajal magnetväljaga (keerates neid ühes või teises suunas) samamoodi nagu kvantparadoksides.
Selge on see, et magnetväljaga (sealhulgas teise elektroni spinni) sattudes orienteerub spinn tingimata sellele vastavalt (teise elektroni spinni puhul vastastikku vastupidine). Seetõttu öeldakse, et "pöörlemisorientatsioon toimub ainult mõõtmise ajal", kuid samal ajal sõltub see selle algsest asendist (mis suunas pöörata) ja arvesti mõjusuunast.
Selge on see, et selleks ei ole vaja teha kaugemaid tegevusi, nagu ka osakeste algolekus pole vaja sellist käitumist ette kirjutada.
Mul on alust arvata, et seni üksikute elektronide spinni mõõtmisel ei arvestata vahepealseid spinni olekuid, vaid ainult valdavalt mööda mõõtevälja ja vastu välja. Meetodite näited: , . Tasub pöörata tähelepanu nende meetodite väljatöötamise kuupäevale, mis on hilisem kui ülalkirjeldatud katsed.
Antud mudel on muidugi lihtsustatud (kvantnähtuste puhul ei ole spin just materiaalsed magnetid, kuigi need annavad kõik vaadeldud magnetnähtused) ega arvesta paljude nüanssidega. Seetõttu pole tegemist reaalse nähtuse kirjeldusega, vaid näitab ainult võimalikku printsiipi. Ja näitab ka seda, kui halb on lihtsalt usaldada kirjeldavat formalismi (valemeid), mõistmata toimuva olemust.
Veelgi enam, Belli teoreem on õige Aspeki artikli sõnastuses: "võimatu on leida teooriat täiendava parameetriga, mis rahuldaks üldist kirjeldust ja mis kordaks kõiki kvantmehaanika ennustusi." ja sugugi mitte Penrose’i sõnastuses: „selgub, et kvantteooria ennustusi on sellisel (mitte-kvant-) viisil võimalik reprodutseerida. On selge, et Penrose'i järgi teooria tõestamiseks on vaja tõestada, et Belli ebavõrdsust ei ole võimalik rikkuda ühegi teise mudeliga peale kvantmehaanilise katse.

See on mõnevõrra liialdatud, võib öelda, et labane tõlgendusnäide, lihtsalt näitamaks, kuidas taoliste tulemustega võib petta saada. Kuid teeme selgeks, mida Bell tõestada tahtis ja mis tegelikult juhtub. Bell lõi eksperimendi, mis näitas, et põimumises ei ole eelnevalt eksisteerivat “algoritmi”, ei ole eelnevalt loodud korrelatsiooni (nagu vastased toona väitsid, öeldes, et on olemas varjatud parameetrid, mis sellise korrelatsiooni määravad). Ja siis peaksid tema katsete tõenäosused olema suuremad kui tegelikult juhusliku protsessi tõenäosus (miks on allpool hästi kirjeldatud).
AGA tegelikult on neil lihtsalt samad tõenäosuslikud sõltuvused. Mida see tähendab? See tähendab, et tegemist ei ole üldse mingi etteantud, antud seosega parameetri fikseerimise ja mõõtmise vahel, vaid selline fikseerimise tulemus tuleneb sellest, et protsessidel on sama (täiendav) tõenäosusfunktsioon (mis, üldiselt tuleneb otseselt kvantmehaanilistest kontseptsioonidest), olemus, milleks on fikseeritud parameetri realiseerimine, mida ei määratletud selle "võrdlusraamis" ruumi ja aja puudumise tõttu selle olemasolu maksimaalse võimaliku dünaamika tõttu. (Lorentzi teisendustega formaliseeritud relativistlik efekt, vt vaakum, kvantid, aine).

Nii kirjeldab Brian Greene oma raamatus The Fabric of the Cosmos Belli katse metodoloogilist olemust. Mõlemad mängijad said palju kaste, millest igaühel oli kolm ust. Kui esimene mängija avab sama ukse kui teine ​​sama numbriga kastis, siis vilgub see sama tulega: punase või sinise.
Esimene mängija Scully oletab, et selle tagab igasse paari sõltuvalt uksest sisseehitatud välguvärviprogramm, teine ​​mängija Mulder usub, et välgud järgnevad võrdse tõenäosusega, kuid on kuidagi seotud (mittekohaliku kaugtegevusega) . Teise mängija sõnul otsustab kõik kogemused: kui programm - siis peaks erinevate uste juhuslikul avamisel identsete värvide tõenäosus olema üle 50%, vastupidiselt juhusliku tõenäosuse tõele. Ta tõi näite, miks:
Täpsustuseks kujutame ette, et eraldi kastis oleva sfääri programm toodab sinise (1. uks), sinise (2. uks) ja punase (3. uks) värve. Nüüd, kuna me mõlemad valime ühe kolmest uksest, on kokku üheksa võimalikku uste kombinatsiooni, mida saame antud kasti jaoks avada. Näiteks saan valida oma kasti ülemise luugi, samas kui teie saate valida oma kasti küljeukse; või võin valida välisukse ja teie saate valida ülemise ukse; ja nii edasi."
"Jah muidugi." – Scully hüppas. „Kui nimetame ülemist ust 1, külgust 2 ja välisuks 3, siis on üheksa võimalikku uksekombinatsiooni lihtsalt (1,1), (1,2), (1,3), (2,1). ), ( 2,2), (2,3), (3,1), (3,2) ja (3,3).
"Jah, see on õige," jätkab Mulder. - "Nüüd oluline punkt: nendest üheksast võimalusest märgime, et viis uste kombinatsiooni - (1,1), (2,2), (3,3), (1,2) ja (2,1) - Tulemuseks on see, et näeme oma kastides olevaid sfääre vilkumas samade värvidega.
Esimesed kolm uksekombinatsiooni on need, mille puhul valime samad uksed ja nagu me teame, on tulemuseks see, et näeme alati samu värve. Ülejäänud kahe uksekombinatsiooni (1,2) ja (2,1) tulemuseks on samad värvid, kuna programm näeb ette, et kui uks 1 või uks 2 on avatud, vilguvad kerad ühte värvi - sinist. Seega, kuna 5 on rohkem kui pool 9-st, tähendab see, et enam kui poolel – enam kui 50 protsendil – võimalikest uste kombinatsioonidest, mida saame avada, vilguvad kerad sama värvi.
"Aga oota," protesteerib Scully. - "See on vaid üks näide eriprogrammist: sinine, sinine, punane. Oma selgituses eeldasin, et erinevate numbritega kastidel võivad olla ja üldiselt on erinevad programmid."
"Tõesti, see pole oluline. Järeldus kehtib kõigi võimalike programmide kohta.

Ja see on tõesti tõsi, kui tegemist on programmiga. Kuid see pole sugugi nii, kui me käsitleme paljude kogemuste juhuslikke sõltuvusi, kuid kõigil neil õnnetustel on igas katses sama vorm.
Elektronide puhul, kui nad olid algselt seotud paariks, mis tagab nende täiesti sõltuvad spinnid (vastaspidised) ja hajutatud, jääb see vastastikune sõltuvus loomulikult täieliku üldpildiga sademete tõelisest tõenäosusest ja faktist. et on võimatu ette öelda, kuidas kahe elektroni spinnid paaris kujunesid, on võimatu enne, kui üks neist on kindlaks määratud, kuid nad "juba" (kui nii saab öelda millegi suhtes, millel pole oma aja ja ruumi mõõdik) omavad teatud suhtelist asendit.

Edasi Brian Greene'i raamatus:
on võimalus uurida, kas oleme tahtmatult STO-ga vastuollu sattunud. Aine ja energia ühine omadus on see, et ühest kohast teise üle kandes suudavad nad teavet edastada. Raadiosaatjajaamast vastuvõtjani liikuvad footonid kannavad teavet. Interneti-kaablite kaudu teie arvutisse liikuvad elektronid kannavad teavet. Igas olukorras, kus midagi – isegi midagi tundmatut – eeldatakse, et see liigub valguse kiirusest kiiremini, on ohutu test küsida, kas see on või vähemalt suudab teavet edastada. Kui vastus on eitav, läbib standardne arutluskäik, et miski ei ületa valguse kiirust ja SRT jääb vaieldamatuks. Praktikas kasutavad füüsikud sageli seda testi, et teha kindlaks, kas mõni peen protsess rikub SRT seadusi. Sellest katsest ei elanud midagi üle.

Mis puudutab R. Penrose'i lähenemist ja nii edasi. tõlgendajad, siis püüan tema teosest Penrouz.djvu esile tuua selle fundamentaalse hoiaku (maailmavaate), mis viib otseselt müstiliste vaadeteni mittelokaalsuse kohta (oma kommentaaridega - must tsaeta):

Vaja oli leida viis, mis võimaldaks matemaatikas tõde eraldada eeldustest - mingi formaalne protseduur, mille abil saaks kindlalt öelda, kas antud matemaatiline väide vastab tõele või mitte. (vastuväide vt Aristotelese meetod ja tõde, tõe kriteeriumid). Kuni see probleem pole korralikult lahendatud, võib vaevalt tõsiselt loota edule teiste, palju keerulisemate probleemide lahendamisel – nende, mis puudutavad maailma liigutavate jõudude olemust, hoolimata sellest, mis suhe neil samadel jõududel matemaatilise tõega võib olla. Arusaam, et universumi mõistmise võti peitub ümberlükkamatus matemaatikas, on võib-olla esimene kõige olulisem läbimurre teaduses üldiselt. Muistsed egiptlased ja babüloonlased arvasid erinevaid matemaatilisi tõdesid, kuid matemaatilise mõistmise aluse esimene kivi...
... esimest korda avanes inimestel võimalus sõnastada usaldusväärseid ja ilmselgelt ümberlükkamatuid väiteid – väiteid, mille tõesus on tänapäeval väljaspool kahtlust, hoolimata sellest, et teadus on sellest ajast saadik kaugele edasi astunud. Esimest korda avastasid inimesed matemaatika tõeliselt ajatu olemuse.
Mis see on – matemaatiline tõestus? Matemaatikas on tõestus laitmatu arutluskäik, mis kasutab ainult puhta loogika võtteid. (puhast loogikat ei eksisteeri. Loogika on looduses leiduvate mustrite ja suhete aksiomaatiline formaliseerimine) mis võimaldab teha ühemõttelise järelduse konkreetse matemaatilise väite kehtivuse kohta, tuginedes mis tahes muude matemaatiliste väidete kehtivusele, mis on kas eelnevalt kindlaks tehtud sarnasel viisil või ei nõua üldse tõestust (spetsiaalsed elementaarväited, mille tõesus, Üldiselt arvatakse, et need on iseenesestmõistetavad, neid nimetatakse aksioomideks) . Tõestatud matemaatilist väidet nimetatakse tavaliselt teoreemiks. See on koht, kus ma temast aru ei saa: on ka teoreeme, mis on lihtsalt välja öeldud, kuid mitte tõestatud.
... Objektiivseid matemaatilisi mõisteid tuleks käsitleda kui ajatuid objekte; pole vaja mõelda, et nende olemasolu algab hetkest, mil nad ühel või teisel kujul inimese kujutlusvõimesse ilmuvad.
... Seega erineb matemaatiline eksistents mitte ainult füüsilisest olemasolust, vaid ka eksistentsist, millega meie teadlik taju on võimeline objektile andma. Küll aga on see selgelt seotud kahe viimase eksistentsivormiga – s.t füüsilise ja vaimse eksistentsiga ühendus on täiesti füüsiline mõiste, mida Penrose siin tähendab?- ja vastavad seosed on nii fundamentaalsed kui ka salapärased.
Riis. 1.3. Kolm "maailma" - Platoni matemaatiline, füüsiline ja vaimne - ja kolm neid ühendavat fundamentaalset mõistatust...
... Niisiis, vastavalt joonisel fig. 1.3 diagrammi järgi juhivad kogu füüsilist maailma matemaatilised seadused. Raamatu hilisemates peatükkides näeme, et selle seisukoha toetamiseks on tugevaid (kui mittetäielikke) tõendeid. Kui me usume neid tõendeid, siis peame tunnistama, et kõike, mis eksisteerib füüsilises universumis, kuni pisidetailideni juhivad tõepoolest täpsed matemaatilised põhimõtted – võib-olla võrrandid. Ma lihtsalt näägutan siin vaikselt....
...Kui see on nii, siis on meie füüsilised tegevused täielikult ja täielikult allutatud sellisele universaalsele matemaatilisele kontrollile, kuigi see “kontroll” lubab siiski käitumises teatud juhuslikkust, mida juhivad ranged tõenäosuspõhimõtted.
Paljud inimesed tunnevad end sellistest eeldustest väga ebamugavalt; Ma ise, tunnistan, tekitavad need mõtted omajagu ärevust.
... Võib-olla ei ole need kolm maailma mingis mõttes üldsegi eraldiseisvad entiteedid, vaid peegeldavad ainult mingi põhjapanevama TÕE erinevaid tahke (rõhutus lisatud), mis kirjeldab maailma kui tervikut – tõde, millest meil praegu aimugi pole. mõisted. - puhas Müstika....
.................
Selgub isegi, et ekraanil on alasid, mis on allika poolt eralduvatele osakestele kättesaamatud, hoolimata sellest, et osakesed võisid üsna edukalt nendesse piirkondadesse siseneda, kui ainult üks piludest oli avatud! Kuigi laigud ilmuvad ekraanile ükshaaval lokaliseeritud asukohtades ja kuigi iga osakese kokkupuude ekraaniga võib olla seotud konkreetse osakese allika poolt emissiooniga, on osakese käitumine allika ja allika vahel. ekraan, sealhulgas kahe tõkkepilu olemasoluga seotud ebaselgus, sarnaneb laine käitumisega, milles laine Kui osake põrkub ekraaniga, tunneb see mõlemat pilu korraga. Veelgi enam (ja see on meie vahetutel eesmärkidel eriti oluline) ekraanil olevate triipude vaheline kaugus vastab meie laineosakese lainepikkusele A, mis on seotud osakeste p impulsi impulsiga eelmise valemiga XXXX.
See kõik on täiesti võimalik, ütleb kaine mõistusega skeptik, kuid see ei sunni meid läbi viima nii absurdse välimusega energia ja impulsi identifitseerimist mõne operaatoriga! Jah, just seda ma öelda tahan: operaator on lihtsalt formalism nähtuse kirjeldamiseks selle teatud raamistikus, mitte identsus nähtusega.
Muidugi ei sunni see meid, aga kas me peaksime imest ära pöörduma, kui see meile ilmub?! Mis see ime on? Ime on see, et selle eksperimentaalse fakti näilise absurdsuse (lained osutuvad osakesteks ja osakesed laineteks) saab süsteemi tuua kauni matemaatilise formalismi abil, milles impulss on tegelikult samastatud " diferentseerumine piki koordinaati" ja energia koos "aja suhtes diferentseerumisega".
... See kõik on suurepärane, aga kuidas on lood olekuvektoriga? Mis takistab meil tunnistamast, et see esindab tegelikkust? Miks on füüsikud sageli äärmiselt tõrksad seda filosoofilist seisukohta aktsepteerima? Mitte ainult füüsikud, vaid need, kellel on tervikliku maailmavaatega kõik korras ja kes ei kipu alamääratletud arutluskäikudesse.
.... Soovi korral võite ette kujutada, et footonlaine funktsioon lahkub allikast selgelt määratletud väikeste suurustega lainepaketi kujul, siis pärast kiirjaguriga kohtumist jaguneb see kaheks osaks, millest üks peegeldub jaoturilt ja teine ​​edastatakse selle kaudu näiteks risti. Mõlemas sundisime lainefunktsiooni esimeses kiirejaoturis kaheks osaks jagama... Aksioom a 1: kvant ei ole jagatav. Inimest, kes räägib kvanti pooltest väljaspool selle lainepikkust, tajun ma mitte vähem skeptiliselt kui inimest, kes loob iga kvanti oleku muutumisega uue universumi. Aksioom a 2: footon ei muuda oma trajektoori ja kui see on muutunud, siis on see footoni reemissioon elektroni poolt. Sest kvant ei ole elastne osake ja pole midagi, millest ta põrkaks. Millegipärast välditakse selliste katsete kõigis kirjeldustes nende kahe asja mainimist, kuigi neil on põhilisem tähendus kui kirjeldatud mõjudel. Ma ei saa aru, miks Penrose seda ütleb, ta ei saa muud kui teada kvanti jagamatusest, pealegi mainis ta seda kahekordse pilu kirjelduses. Sellistel imelistel juhtudel tuleb ikka püüda jääda põhiaksioomide raamidesse ja kui need satuvad kogemusega mingisugusesse vastuollu, on see põhjus metoodika ja tõlgendus hoolikamalt järele mõelda.
Aktsepteerigem praegu vähemalt kvantmaailma matemaatilise mudelina seda kurioosset kirjeldust, mille kohaselt kvantolek areneb mõnda aega lainefunktsiooni kujul, mis tavaliselt "määrdub" kogu ruumis (kuid võimalusega fokusseerimine piiratud alale) ja siis, kui mõõtmine on tehtud, muutub see olek millekski lokaliseeritud ja täpselt määratletud.
Need. nad räägivad tõsiselt võimalusest, et midagi jaotub mitme valgusaasta peale koos hetkelise vastastikuse muutumise võimalusega. Seda saab esitada puhtalt abstraktselt - kui formaliseeritud kirjelduse säilitamine mõlemal küljel, kuid mitte mingi reaalse üksuse kujul, mida esindab kvanti olemus. Siin on selge mõtte järjepidevus matemaatiliste formalismide olemasolu reaalsusest.

Seetõttu tajun nii Penrose'i kui ka teisi sarnaseid lootustandvaid füüsikuid vaatamata nende väga valjule autoriteedile väga skeptiliselt...

S. Weinbergi raamatus Dreams of a Final Theory:
Kvantmehaanika filosoofia on selle tegeliku kasutamise jaoks nii ebaoluline, et hakkab kahtlustama, et kõik sügavad küsimused mõõtmise tähenduse kohta on tegelikult tühjad, mis on tekkinud meie keele ebatäiuslikkusest, mis loodi maailmas, mida juhivad praktiliselt seadused. klassikalisest füüsikast.

Artiklis Mis on lokaalsus ja miks see pole kvantmaailmas? , kus RCC töötaja ja Calgary ülikooli professor Alexander Lvovsky võtab probleemi hiljutiste sündmuste põhjal kokku:
Kvant-mittelokaalsus eksisteerib ainult Kopenhaageni kvantmehaanika tõlgenduse raames. Selle kohaselt kukub kvantseisundi mõõtmisel see kokku. Kui võtta aluseks paljude maailmade tõlgendus, mis ütleb, et oleku mõõtmine laiendab ainult superpositsiooni vaatlejale, siis mittelokaalsust pole. See on lihtsalt illusioon vaatlejast, kes "ei tea", et ta on sattunud takerdunud olekusse osakesega kvantjoone vastasotsas.

Mõned järeldused artiklist ja selle olemasolevast arutelust.
Praegu on erinevate keerukuse tasemete tõlgendusi palju, püüdes mitte lihtsalt kirjeldada takerdumise nähtust ja muid “mittekohalikke mõjusid”, vaid kirjeldada eeldusi nende nähtuste olemuse (mehhanismide) kohta – s.t. hüpoteesid. Pealegi on valdav arvamus, et selles ainevaldkonnas on võimatu midagi ette kujutada ning toetuda saab vaid teatud vormistustele.
Need samad formaliseeringud võivad aga ligikaudu võrdse veenvusega näidata kõike, mida tõlgendaja soovib, kuni uue universumi tekke kirjeldamiseni iga kord kvantebakindluse hetkel. Ja kuna sellised hetked tekivad vaatluse käigus, siis on teadvuse toomine otsekui kvantnähtustes osaleja.
Üksikasjalikku põhjendust – miks see lähenemine täiesti vale tundub – vaata artiklist Heuristika.
Niisiis, iga kord, kui järgmine lahe matemaatik hakkab tõestama midagi kahe täiesti erineva nähtuse olemuse ühtsuse taolist nende matemaatilise kirjelduse sarnasuse põhjal (no näiteks, seda tehakse tõsiselt Coulombi seaduse ja Newtoni gravitatsiooniseadusega) või "selgitage" kvantpõimumist erilise "dimensiooniga" esindamata selle tegelikku kehastust (või meridiaanide olemasolu maalaste formalismis), hoian selle valmis :)

• Tõlge

Kvantpõimumine on teaduses üks keerukamaid mõisteid, kuid selle põhiprintsiibid on lihtsad. Ja kui põimumine on mõistetud, avab see tee selliste mõistete nagu kvantteooria paljude maailmade paremaks mõistmiseks.

Lummav mõistatuse aura ümbritseb kvantpõimumise kontseptsiooni, aga ka (millegipärast) sellega seotud kvantteooria nõuet, et maailmu peab olema palju. Ja ometi on need oma tuumaks teaduslikud ideed, millel on maalähedane tähendus ja spetsiifilised rakendused. Tahaksin selgitada takerdumise ja paljude maailmade mõisteid nii lihtsalt ja selgelt, nagu ma neid tean.

I

Põimumine toimub olukordades, kus meil on osaline teave kahe süsteemi oleku kohta. Näiteks kahest objektist võivad saada meie süsteemid – nimetagem neid kaoonideks. "K" tähistab "klassikalisi" objekte. Aga kui sa tõesti tahad ette kujutada midagi konkreetset ja meeldivat, siis kujuta ette, et need on koogid.

Meie kaonidel on kaks kuju, ruudukujulised või ümmargused, ja need kujundid näitavad nende võimalikke olekuid. Siis on kahe kaoni neli võimalikku ühisolekut: (ruut, ruut), (ruut, ring), (ring, ruut), (ring, ring). Tabelis on näidatud tõenäosus, et süsteem on ühes neljast loetletud olekust.

Me ütleme, et kaonid on "sõltumatud", kui teadmised ühe oleku kohta ei anna meile teavet teise oleku kohta. Ja sellel laual on selline omadus. Kui esimene kaon (kook) on kandiline, siis teise kuju me veel ei tea. Seevastu teise vorm ei ütle meile midagi esimese vormi kohta.

Teisest küljest ütleme, et kaks kaoni on takerdunud, kui teave ühe kohta parandab meie teadmisi teise kohta. Teine tablett näitab meile suurt segadust. Sel juhul, kui esimene kaon on ümmargune, saame teada, et ka teine ​​on ümmargune. Ja kui esimene kaon on ruudukujuline, on ka teine ​​samasugune. Teades ühe kuju, saame üheselt määrata teise kuju.

Põimumise kvantversioon näeb sisuliselt sama välja – see on sõltumatuse puudumine. Kvantteoorias kirjeldavad olekuid matemaatilised objektid, mida nimetatakse lainefunktsioonideks. Reeglid, mis ühendavad lainefunktsioone füüsiliste võimalustega, tekitavad väga huvitavaid komplikatsioone, mida arutame hiljem, kuid segatud teadmiste põhikontseptsioon, mida me klassikalise juhtumi puhul demonstreerisime, jääb samaks.

Kuigi pruunikaid ei saa pidada kvantsüsteemideks, tekib kvantsüsteemide takerdumine loomulikult, näiteks pärast osakeste kokkupõrkeid. Praktikas võib harumatuid (sõltumatuid) olekuid pidada harvadeks eranditeks, kuna nende vahel tekivad korrelatsioonid süsteemide koostoimel.

Mõelge näiteks molekulidele. Need koosnevad alamsüsteemidest - täpsemalt elektronidest ja tuumadest. Molekuli minimaalne energiaseisund, milles see tavaliselt eksisteerib, on elektronide ja tuuma tugevalt põimunud olek, kuna nende osakeste paigutus ei ole mingil viisil sõltumatu. Kui tuum liigub, liigub elektron sellega kaasa.

Tuleme tagasi meie näite juurde. Kui kirjutada Φ■, Φ● lainefunktsioonidena, mis kirjeldavad süsteemi 1 selle ruudukujulistes või ümmargustes olekutes ja ψ■, ψ● lainefunktsioonide jaoks, mis kirjeldavad süsteemi 2 selle ruudu- või ümmarguses olekus, siis meie töönäites saab kirjeldada kõiki olekuid , Kuidas:

Sõltumatu: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Sassis: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Sõltumatu versiooni saab kirjutada ka järgmiselt:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Pange tähele, kuidas viimasel juhul eraldavad sulgud selgelt esimese ja teise süsteemi iseseisvateks osadeks.

Põimunud olekute loomiseks on palju võimalusi. Üks on komposiitsüsteemi mõõtmine, mis annab teile osalist teavet. Näiteks võib õppida, et kaks süsteemi on kokku leppinud olema samal kujul, teadmata, millise vormi nad on valinud. See kontseptsioon muutub oluliseks veidi hiljem.

Kvantpõimumise levinumad mõjud, nagu Einstein-Podolsky-Roseni (EPR) ja Greenberg-Horn-Seilingeri (GHZ) efektid, tulenevad selle vastasmõjust teise kvantteooria omadusega, mida nimetatakse komplementaarsuse põhimõtteks. EPR-i ja GHZ-i arutamiseks lubage mul kõigepealt seda põhimõtet teile tutvustada.

Siiani oleme ette kujutanud, et kaoonid on kahe kujuga (ruudukujulised ja ümmargused). Kujutagem nüüd ette, et neid on ka kahes värvitoonis – punane ja sinine. Arvestades klassikalisi süsteeme, nagu koogid, tähendaks see lisaomadus, et kaon võib eksisteerida ühes neljast võimalikust olekust: punane ruut, punane ring, sinine ruut ja sinine ring.

Aga kvantkoogid on kvantid... Või kvantid... Nad käituvad täiesti erinevalt. Asjaolu, et kvant võib mõnes olukorras olla erineva kuju ja värviga, ei tähenda tingimata, et sellel on samaaegselt nii kuju kui ka värv. Tegelikult ei vasta terve mõistus, mida Einstein füüsiliselt reaalsuselt nõudis, eksperimentaalsetele faktidele, nagu varsti näeme.

Me saame mõõta kvanti kuju, kuid seda tehes kaotame kogu teabe selle värvi kohta. Või võime mõõta värvi, kuid kaotame teabe selle kuju kohta. Kvantteooria järgi ei saa me korraga mõõta nii kuju kui ka värvi. Kellegi vaade kvantreaalsusele pole täielik; peame arvestama paljude erinevate ja üksteist välistavate piltidega, millest igaühel on toimuvast oma puudulik pilt. See on Niels Bohri sõnastatud komplementaarsuse põhimõtte olemus.

Selle tulemusena sunnib kvantteooria meid olema ettevaatlik füüsikalisele reaalsusele omaduste omistamisel. Vastuolude vältimiseks peame tunnistama, et:

Omadust ei eksisteeri, kui seda ei mõõdeta.
Mõõtmine on aktiivne protsess, mis muudab mõõdetavat süsteemi

II

Albert Einstein, Boris Podolsky ja Nathan Rosen (EPR) kirjeldasid üllatavat efekti, mis tekib siis, kui kaks kvantsüsteemi takerduvad. EPR-efekt ühendab erilise, eksperimentaalselt saavutatava kvantpõimumise vormi komplementaarsuse põhimõttega.

EPR paar koosneb kahest kvantist, millest igaühe kuju või värvi saab mõõta (kuid mitte mõlemat korraga). Oletame, et meil on palju selliseid paare, kõik ühesugused, ja me saame valida, milliseid mõõtmisi nende komponentidele teeme. Kui mõõta EPR-paari ühe liikme kuju, saame võrdse tõenäosusega ruudu või ringi. Kui mõõdame värvi, saame sama suure tõenäosusega punast või sinist.

Huvitavad efektid, mis tundusid EPR-i jaoks paradoksaalsed, tekivad siis, kui mõõdame paari mõlemat liiget. Mõõtes mõlema elemendi värvi või kuju, leiame, et tulemused on alati samad. See tähendab, et kui avastame, et üks neist on punane ja seejärel mõõdame teise värvi, avastame ka, et see on punane – ja nii edasi. Teisest küljest, kui mõõta ühe kuju ja teise värvi, siis korrelatsiooni ei täheldata. See tähendab, et kui esimene oli ruut, siis teine ​​võis olla sinine või punane võrdse tõenäosusega.

Kvantteooria järgi saame sellised tulemused ka siis, kui kahte süsteemi eraldab tohutu vahemaa ja mõõtmised tehakse peaaegu üheaegselt. Mõõtmistüübi valik ühes kohas näib mõjutavat süsteemi olekut teises kohas. See "hirmutav tegevus kaugel", nagu Einstein seda nimetas, nõuab ilmselt teabe edastamist - meie puhul teavet mõõtmise kohta - kiiremini kui valguse kiirus.

Aga kas on? Kuni ma ei tea, millised tulemused sa said, ei tea ma, mida oodata. Saan kasulikku teavet siis, kui tean teie tulemust, mitte siis, kui mõõdate. Ja mis tahes teade, mis sisaldab saadud tulemust, tuleb edastada mingil füüsilisel viisil, aeglasemalt kui valguse kiirus.

Edasise uurimisega variseb paradoks veelgi rohkem kokku. Vaatleme teise süsteemi olekut, kui esimese mõõtmine andis punase värvi. Kui otsustame mõõta teise kvanti värvi, saame punase. Kuid komplementaarsuse põhimõtte kohaselt, kui otsustame mõõta selle kuju, kui see on "punases" olekus, on meil võrdne võimalus saada ruut või ring. Seetõttu on EPR tulemus loogiliselt ette määratud. See on lihtsalt täiendavuse põhimõtte uuestisõnastamine.

Selles, et kauged sündmused on korrelatsioonis, pole paradoksi. Lõppude lõpuks, kui me paneme ühe kahest kindast paarist kastidesse ja saadame need planeedi erinevatesse otstesse, siis pole üllatav, et ühte kasti vaadates saan kindlaks teha, millisele käele teine ​​kinnas on mõeldud. Samuti tuleb kõigil juhtudel EPR-paaride korrelatsioon salvestada neile, kui nad on läheduses, et nad taluksid hilisemat eraldumist, nagu neil oleks mälu. EPR paradoksi kummalisus ei seisne mitte korrelatsiooni võimalikkuses endas, vaid selle säilimise võimalikkuses täienduste näol.

III

Iga katsetaja saab juhuslikud tulemused. Kvantoni kuju mõõtes saab ta võrdse tõenäosusega ruudu või ringi; kvanti värvi mõõtmisel on see sama suure tõenäosusega punane või sinine. Siiani on kõik tavaline.

Kui aga katsetajad kokku tulevad ja tulemusi võrdlevad, näitab analüüs üllatavat tulemust. Oletame, et nimetame ruudu kuju ja punast värvi "heaks" ning ringe ja sinist värvi "kurjaks". Katsetajad leiavad, et kui kaks neist otsustavad mõõta kuju ja kolmas otsustab mõõta värvi, siis kas 0 või 2 mõõtmist on "kurjad" (st ümmargused või sinised). Aga kui kõik kolm otsustavad värvi mõõta, siis kas 1 või 3 mõõdet on kurjast. Seda ennustab kvantmehaanika ja täpselt see juhtub.

Küsimus: Kas kurjuse hulk on paaris või paaritu? Mõlemad võimalused realiseeritakse erinevates mõõtmetes. Peame sellest küsimusest loobuma. Pole mõtet rääkida kurjuse hulgast süsteemis, sidumata seda sellega, kuidas seda mõõdetakse. Ja see toob kaasa vastuolusid.

GHZ-efekt, nagu füüsik Sidney Coleman seda kirjeldab, on "kvantmehaanika löök näkku". See purustab tavapärase kogemusliku ootuse, et füüsilistel süsteemidel on nende mõõtmisest sõltumatud etteantud omadused. Kui see nii oleks, siis ei sõltuks hea ja kurja tasakaal mõõtmistüüpide valikust. Kui nõustute GHZ-efekti olemasoluga, ei unusta te seda ja teie silmaring laieneb.

IV

Me räägime "põimunud ajaloost", kui süsteemile on võimatu igal ajahetkel määrata teatud olek. Nii nagu traditsioonilise põimumise puhul välistame võimalused, saame luua põimunud ajalugusid, tehes mõõtmisi, mis koguvad osalist teavet minevikusündmuste kohta. Lihtsamates põimunud lugudes on meil üks kvant, mida uurime kahel erineval ajahetkel. Võime ette kujutada olukorda, kus me teeme kindlaks, et meie kvant oli mõlemal korral ruudukujuline või mõlemal korral ümmargune, kuid mõlemad olukorrad on endiselt võimalikud. See on ajaline kvantanaloogia varem kirjeldatud takerdumise lihtsaimate versioonidega.

Keerulisemat protokolli kasutades saame lisada sellele süsteemile veidi täiendavaid üksikasju ja kirjeldada olukordi, mis käivitavad kvantteooria "paljude maailmade" omaduse. Meie kvantit saab valmistada punases olekus ning seejärel mõõta ja saada sinisena. Ja nagu eelmistes näidetes, ei saa me kvantile kahe mõõtme vahelises intervallis värvi omadust püsivalt määrata; Sellel ei ole kindlat vormi. Sellised lood realiseerivad piiratud, kuid täielikult kontrollitud ja täpsel viisil kvantmehaanika paljude maailmade pildile omast intuitsiooni. Teatud oleku võib jagada kaheks vastuoluliseks ajalooliseks trajektooriks, mis seejärel taas ühenduvad.

Kvantteooria rajaja Erwin Schrödinger, kes suhtus selle õigsusesse skeptiliselt, rõhutas, et kvantsüsteemide evolutsioon viib loomulikult olekuteni, mille mõõtmine võib anda äärmiselt erinevaid tulemusi. Tema mõttekatse "Schrodingeri kassiga" postuleerib, nagu me teame, kvantmääramatust, mis on viidud kasside suremust mõjutava tasemeni. Enne mõõtmist ei saa kassile elu (või surma) omadust määrata. Mõlemad või mitte kumbki eksisteerivad koos teispoolses võimaluste maailmas.

Igapäevane keel ei sobi kvantkomplementaarsuse selgitamiseks, osaliselt seetõttu, et igapäevane kogemus seda ei hõlma. Praktilised kassid suhtlevad ümbritsevate õhumolekulide ja muude objektidega täiesti erineval viisil, olenevalt sellest, kas nad on elus või surnud, nii et praktikas toimub mõõtmine automaatselt ja kass elab edasi (või ei ela). Kuid jutud kirjeldavad kvantone, mis on Schrödingeri kassipojad, segaduses. Nende täielik kirjeldus nõuab, et võtaksime arvesse kahte üksteist välistavat omaduste trajektoori.

Põimunud lugude kontrollitud eksperimentaalne rakendamine on delikaatne asi, kuna see nõuab osalise teabe kogumist kvantite kohta. Tavapärased kvantmõõtmised koguvad tavaliselt kogu teabe korraga – näiteks täpse kuju või täpse värvi määramiseks – selle asemel, et saada mitu korda osalist teavet. Kuid seda saab teha, kuigi äärmuslike tehniliste raskustega. Nii saame kvantteoorias "paljude maailmade" mõiste laiendusele omistada teatud matemaatilise ja eksperimentaalse tähenduse ja demonstreerida selle reaalsust.