Помощ за Tele2, тарифи, въпроси

• Превод

Квантовото заплитане е една от най-сложните концепции в науката, но нейните основни принципи са прости. И веднъж разбрано, заплитането отваря пътя към по-добро разбиране на концепции като многото светове в квантовата теория.

Очарователна аура на мистерия обгръща концепцията за квантовото заплитане, както и (някак си) свързаното изискване на квантовата теория, че трябва да има „много светове“. И все пак, в основата си това са научни идеи с приземен смисъл и конкретни приложения. Бих искал да обясня понятията за заплитане и много светове толкова просто и ясно, колкото ги познавам.

аз

Смята се, че заплитането е феномен, уникален за квантовата механика, но не е така. Всъщност може да е по-разбираемо като начало (въпреки че това е необичаен подход) да разгледаме проста, неквантова (класическа) версия на заплитането. Това ще ни позволи да отделим тънкостите, свързани със самото заплитане, от другите странности на квантовата теория.

Заплитането възниква в ситуации, в които имаме частична информация за състоянието на две системи. Например два обекта могат да станат наши системи – нека ги наречем каони. "K" ще означава "класически" обекти. Но ако наистина искате да си представите нещо конкретно и приятно, представете си, че това са торти.

Нашите каони ще имат две форми, квадратна или кръгла, и тези форми ще показват техните възможни състояния. Тогава четирите възможни съвместни състояния на двата каона ще бъдат: (квадрат, квадрат), (квадрат, кръг), (кръг, квадрат), (кръг, кръг). Таблицата показва вероятността системата да бъде в едно от четирите изброени състояния.

Ще кажем, че каоните са „независими“, ако знанието за състоянието на единия от тях не ни дава информация за състоянието на другия. И тази маса има такова свойство. Ако първият каон (торта) е квадратен, ние все още не знаем формата на втория. Обратно, формата на второто не ни казва нищо за формата на първото.

От друга страна, ще кажем, че два каона са заплетени, ако информацията за единия от тях подобрява познанията ни за другия. Втората таблетка ще ни покаже силно объркване. В този случай, ако първият каон е кръгъл, ще знаем, че вторият също е кръгъл. И ако първият каон е квадратен, тогава вторият ще бъде същият. Познавайки формата на единия, можем недвусмислено да определим формата на другия.

Квантовият вариант на заплитането изглежда по същество същият – това е липса на независимост. В квантовата теория състоянията се описват от математически обекти, наречени вълнови функции. Правилата, които съчетават вълнови функции с физически възможности, пораждат много интересни усложнения, които ще обсъдим по-късно, но основната концепция на заплетеното знание, която демонстрирахме за класическия случай, остава същата.

Въпреки че браунитата не могат да се считат за квантови системи, заплитането в квантовите системи се случва естествено, например след сблъсъци на частици. На практика незаплетените (независими) състояния могат да се считат за редки изключения, тъй като между тях възникват корелации, когато системите взаимодействат.

Помислете например за молекулите. Те се състоят от подсистеми - по-специално електрони и ядра. Минималното енергийно състояние на една молекула, в което тя обикновено съществува, е силно заплетено състояние на електрони и ядро, тъй като подреждането на тези съставни частици няма да бъде независимо по никакъв начин. Когато ядрото се движи, електронът се движи с него.

Да се ​​върнем към нашия пример. Ако запишем Φ■, Φ● като вълнови функции, описващи система 1 в нейните квадратни или кръгли състояния и ψ■, ψ● за вълнови функции, описващи система 2 в нейните квадратни или кръгли състояния, тогава в нашия работен пример всички състояния могат да бъдат описани, Как:

Независим: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Заплетено: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Независимата версия може да бъде написана и като:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Обърнете внимание как в последния случай скобите ясно разделят първата и втората система на независими части.

Има много начини за създаване на заплетени състояния. Единият е да измерите съставна система, която ви дава частична информация. Човек може да научи например, че две системи са се съгласили да бъдат от една и съща форма, без да знаят коя форма са избрали. Тази концепция ще стане важна малко по-късно.

По-честите ефекти на квантовото заплитане, като ефектите на Айнщайн-Подолски-Розен (EPR) и ефектите на Грийнберг-Хорн-Сейлингер (GHZ), възникват от взаимодействието му с друго свойство на квантовата теория, наречено принцип на допълване. За да обсъдим EPR и GHZ, нека първо ви представя този принцип.

До този момент сме си представяли, че каоните се предлагат в две форми (квадратна и кръгла). Сега нека си представим, че те също се предлагат в два цвята - червено и синьо. Като се имат предвид класически системи като торти, това допълнително свойство би означавало, че каонът може да съществува в едно от четири възможни състояния: червен квадрат, червен кръг, син квадрат и син кръг.

Но квантовите торти са квантони... Или квантони... Те се държат съвсем различно. Фактът, че квантонът в някои ситуации може да има различни формии цветът не означава непременно, че има форма и цвят едновременно. Всъщност здравият разум, който Айнщайн изисква от физическата реалност, не съответства на експерименталните факти, както скоро ще видим.

Можем да измерим формата на квантон, но по този начин ще загубим цялата информация за цвета му. Или можем да измерим цвета, но да загубим информация за формата му. Според квантовата теория не можем да измерваме формата и цвета едновременно. Ничие виждане за квантовата реалност не е пълно; трябва да вземем предвид много различни и взаимно изключващи се картини, всяка от които има своя собствена непълна картина на случващото се. Това е същността на принципа на комплементарността, както е формулиран от Нилс Бор.

В резултат на това квантовата теория ни принуждава да бъдем внимателни при приписването на свойства на физическата реалност. За да избегнем противоречия, трябва да признаем, че:

Едно свойство не съществува, освен ако не е измерено.
Измерването е активен процес, който променя измерваната система

II

Сега ще опишем две примерни, но не класически, илюстрации на странностите на квантовата теория. И двете са тествани в строги експерименти (в реални експерименти хората измерват не формите и цветовете на тортите, а ъгловите моменти на електроните).

Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Розен (EPR) описват невероятен ефект, което възниква, когато две квантови системи са заплетени. EPR ефектът съчетава специална, експериментално постижима форма на квантово заплитане с принципа на допълване.

EPR двойка се състои от два квантона, всеки от които може да бъде измерен във форма или цвят (но не и двата едновременно). Да предположим, че имаме много такива двойки, всички еднакви, и можем да избираме какви измервания да правим на техните компоненти. Ако измерим формата на един член от EPR двойка, е еднакво вероятно да получим квадрат или кръг. Ако измерваме цвят, е еднакво вероятно да получим червено или синьо.

Интересни ефекти, които изглеждаха парадоксални за EPR, възникват, когато измерваме и двата члена на двойката. Когато измерваме цвета на двата члена или тяхната форма, откриваме, че резултатите винаги са еднакви. Тоест, ако открием, че единият от тях е червен и след това измерим цвета на втория, ние също откриваме, че е червен - и така нататък. От друга страна, ако измерим формата на едното и цвета на другото, не се наблюдава корелация. Тоест, ако първият е квадрат, тогава вторият може да бъде син или червен с еднаква вероятност.

Според квантовата теория ще получим такива резултати, дори ако двете системи са разделени от огромно разстояние и измерванията се извършват почти едновременно. Изборът на тип измерване на едно място изглежда влияе върху състоянието на системата на друго място. Това „плашещо действие от разстояние“, както го нарича Айнщайн, очевидно изисква предаване на информация – в нашия случай, информация за извършвано измерване – по-бързо от скоростта на светлината.

Но дали е така? Докато не разбера какви резултати имаш, не знам какво да очаквам. Получавам полезна информация, когато знам вашия резултат, а не когато правите измерване. И всяко съобщение, съдържащо резултата, който получавате, трябва да бъде предадено по някакъв физически начин, по-бавен от скоростта на светлината.

При по-нататъшно проучване парадоксът се срива още повече. Нека разгледаме състоянието на втората система, ако измерването на първата даде червен цвят. Ако решим да измерим цвета на втория квантон, ще получим червено. Но по принципа на допълването, ако решим да измерим формата му, когато е в "червено" състояние, имаме равен шанс да получим квадрат или кръг. Следователно резултатът от EPR е логически предопределен. Това е просто повторение на принципа на допълване.

Няма парадокс в това, че далечните събития са корелирани. В крайна сметка, ако поставим една от две ръкавици от чифт в кутии и ги изпратим до различни краища на планетата, не е изненадващо, че като погледна в една кутия, мога да определя за коя ръка е предназначена другата ръкавица. По същия начин, във всички случаи, корелацията на EPR двойки трябва да бъде записана върху тях, когато са наблизо, така че да могат да издържат на последващо разделяне, сякаш имат памет. Странността на парадокса на EPR не е във възможността за самата корелация, а във възможността за нейното запазване под формата на добавки.

III

Даниел Грийнбергер, Майкъл Хорн и Антон Зейлингер откриха друг красив пример за квантово заплитане. Той включва три от нашите квантони, които са в специално подготвено заплетено състояние (GHZ-състояние). Ние разпространяваме всеки от тях на различни отдалечени експериментатори. Всеки от тях избира независимо и на случаен принцип дали да измери цвят или форма и записва резултата. Експериментът се повтаря много пъти, но винаги с три квантона в състояние GHZ.

Всеки отделен експериментатор получава произволни резултати. Измервайки формата на квантон, той получава с еднаква вероятност квадрат или кръг; когато измервате цвета на квантон, е еднакво вероятно той да бъде червен или син. Дотук всичко е обикновено.

Но когато експериментаторите се събират и сравняват резултатите, анализът показва изненадващ резултат. Да кажем, че се обаждаме квадратна формаи червеният цвят е „добър“, а кръговете и Син цвят- "зло". Експериментаторите установяват, че ако двама от тях решат да измерят формата, а третият реши да измери цвета, тогава или 0, или 2 от измерванията са „лоши“ (т.е. кръгли или сини). Но ако и трите решат да измерят цвят, тогава или 1, или 3 измерения са зли. Това е, което квантовата механика предсказва и точно това се случва.

Въпрос: Четно или нечетно е количеството зло? И двете възможности се реализират в различни измерения. Трябва да изоставим този въпрос. Няма смисъл да се говори за количеството зло в една система, без да се свърже с това как се измерва. И това води до противоречия.

Ефектът GHZ, както го описва физикът Сидни Коулман, е „шамар в лицето от квантовата механика“. Разрушава обичайното, преживяно очакване, което физически системиима предварително определени свойства, независимо от тяхното измерване. Ако това беше така, тогава балансът на доброто и злото нямаше да зависи от избора на видове измервания. След като приемете съществуването на ефекта GHZ, няма да го забравите и хоризонтите ви ще се разширят.

IV

Засега обсъждаме как заплитането ни пречи да присвоим уникални независими състояния на множество квантони. Същото разсъждение се отнася за промените в един квантон, които се случват с течение на времето.

Говорим за „заплетени истории“, когато е невъзможно на дадена система да бъде присвоено определено състояние във всеки момент от времето. Точно както при традиционното заплитане изключваме възможности, можем да създаваме заплетени истории, като правим измервания, които събират частична информация за минали събития. В най-простите заплетени истории имаме един квантон, който изучаваме в два различни момента във времето. Можем да си представим ситуация, в която определяме, че формата на нашия квантон е била квадратна и двата пъти, или кръгла и двата пъти, но и двете ситуации остават възможни. Това е временна квантова аналогия с най-простите версии на заплитане, описани по-рано.

Използвайки по-сложен протокол, можем да добавим малко допълнителни подробности към тази система и да опишем ситуации, които задействат свойството „много светове“ на квантовата теория. Нашият квантон може да бъде приготвен в червено състояние и след това измерен и получен в синьо. И както в предишните примери, не можем постоянно да присвоим на квантон свойството цвят в интервала между две измерения; Тя няма определена форма. Такива истории осъзнават, по ограничен, но напълно контролиран и прецизен начин, интуицията, присъща на картината на множеството светове на квантовата механика. Едно състояние може да бъде разделено на две противоречиви исторически траектории, които след това отново се свързват.

Ервин Шрьодингер, основателят на квантовата теория, който беше скептичен относно нейната коректност, подчерта, че еволюцията на квантовите системи естествено води до състояния, измерването на които може да даде изключително различни резултати. Неговият мисловен експеримент с "котката на Шрьодингер" постулира, както знаем, квантовата несигурност, взета до нивото на влияние върху котешката смъртност. Преди измерване е невъзможно да се припише свойството живот (или смърт) на котка. И двете, или нито една от тях, съществуват заедно в отвъдния свят на възможностите.

Всекидневният език не е подходящ за обяснение на квантовата комплементарност, отчасти защото ежедневният опит не я включва. Практичните котки взаимодействат с околните молекули на въздуха и други обекти по напълно различни начини, в зависимост от това дали са живи или мъртви, така че на практика измерването се извършва автоматично и котката продължава да живее (или не живее). Но историите описват квантоните, които са котетата на Шрьодингер, с объркване. Тяхното пълно описание изисква да разгледаме две взаимно изключващи се траектории на свойства.

Контролираното експериментално внедряване на заплетени истории е деликатно нещо, тъй като изисква събирането на частична информация за квантоните. Конвенционалните квантови измервания обикновено събират цялата информация наведнъж - определяйки точна форма или точен цвят, например - вместо да получават частична информация няколко пъти. Но може да се направи, макар и с изключителни технически трудности. По този начин можем да придадем определено математическо и експериментално значение на разширяването на концепцията за „много светове“ в квантовата теория и да демонстрираме нейната реалност.

Отнася се за „Теорията на Вселената“

Квантово заплитане

В интернет има толкова много добри статии, които помагат да се развият адекватни идеи за „заплетените състояния“, че остава да се направят най-подходящите селекции, като се изгради нивото на описание, което изглежда приемливо за светогледен сайт.

Тема на статията: Много хора са близо до идеята, че всички очарователни странности на заплетените състояния могат да бъдат обяснени по този начин. Смесваме черните и белите топки, без да гледаме, опаковаме ги в кутии и ги изпращаме в различни посоки. Отваряме кутията от едната страна, вижте: черна топка, след което сме 100% сигурни, че в другата кутия има бяла топка. Това е всичко:)

Целта на статията не е строго потапяне във всички характеристики на разбирането на „заплетените състояния“, а да състави система от общи идеи, с разбиране на основните принципи. Точно така трябва да се отнасяте към всичко изброено по-горе :)

Нека веднага да зададем определящия контекст. Когато специалисти (и не дебати, далеч от тази специфика, дори учени в някои отношения) говорят за преплитането на квантовите обекти, те не означават, че образува едно цяло с някаква връзка, а че един обект става квантови характеристики, абсолютно същите като другия (но не всички, а тези, които позволяват идентичност в двойка според закона на Паули, така че въртенето на чифтосана двойка не е идентично, а взаимно допълващо се). Тези. Това не е връзка или процес на взаимодействие, въпреки че може да се опише с обща функция. Това е характеристика на състояние, което може да бъде „телепортирано“ от един обект в друг (между другото, има и широко разпространено погрешно тълкуване на думата „телепортиране“). Ако не вземете решение за това веднага, можете да отидете много далеч в мистиката. Ето защо, на първо място, всеки, който се интересува от въпроса, трябва да е ясно какво точно се разбира под „объркване“.

Това, за което беше започната тази статия, се свежда до един въпрос. Разликата в поведението на квантовите обекти от класическите се проявява в единствения досега известен метод за проверка: дали определено условие за проверка е изпълнено или не - неравенството на Бел (повече подробности по-долу), което за "заплетени" квантови обекти се държи така, сякаш има връзка между обекти, изпратени в различни посоки. Но връзката изглежда не е реална, защото... не може да се пренася нито информация, нито енергия.

Освен това тази връзка не зависи нито от разстоянието, нито от времето: ако два обекта са били „заплетени“, тогава, независимо от безопасността на всеки от тях, вторият се държи така, сякаш връзката все още съществува (въпреки че наличието на такава връзка може да бъде открито само чрез измерване на двата обекта, такова измерване може да бъдат разделени във времето: първо измерете, след това унищожете един от обектите и измерете втория по-късно. Например, вижте Р. Пенроуз). Ясно е, че всякакъв вид „връзка“ става трудно разбираема в този случай и възниква следният въпрос: може ли законът за вероятността от загубата на измервания параметър (който се описва от вълновата функция) да бъде такъв, че неравенството не се нарушава във всеки край и с обща статистика в двата края - беше нарушено - и без никаква връзка, естествено, освен връзката чрез акт на общо възникване.

Ще дам отговора предварително: да, може, при условие че тези вероятности не са „класически“, а оперират със сложни променливи, за да опишат „суперпозиция на състояния“ - сякаш едновременно намират всички възможни състояния с определена вероятност за всеки.

За квантовите обекти дескрипторът на тяхното състояние (вълнова функция) е точно такъв. Ако говорим за описание на позицията на електрон, тогава вероятността да го намерим определя топологията на „облака“ - формата на електронната орбитала. Каква е разликата между класическата и квантовата?

Нека си представим бързо въртящо се колело на велосипед. Някъде по него има червен диск за страничния рефлектор на фара, но на това място виждаме само по-плътна сянка от размазването. Вероятността, че като поставите пръчка в колелото, рефлекторът ще спре в определена позиция от пръчката, се определя просто: една пръчка - една определена позиция. Слагаме две пръчки, но само тази, която е малко по-рано, ще спре колелото. Ако се опитаме да забием клечките си напълно едновременно, като се гарантира, че няма време между краищата на пръчката, които докосват колелото, тогава ще се появи известна несигурност. „Нямаше време“ между взаимодействията със същността на обекта - цялата същност на разбирането на квантовите чудеса :)

Скоростта на "въртене" на това, което определя формата на електрона (поляризация - разпространението на електрическо смущение) е равна на максималната скорост, с която всичко може да се разпространява в природата (скоростта на светлината във вакуум). Знаем заключението на теорията на относителността: в този случай времето за това смущение става нула: в природата няма нищо, което да се случи между две точки на разпространение на това смущение; време за него не съществува. Това означава, че смущението може да взаимодейства с всякакви други „пръчки“, които го влияят, без да губи време - едновременно. И вероятността какъв резултат ще бъде получен в конкретна точка в пространството по време на взаимодействие трябва да се изчисли чрез вероятност, която взема предвид този релативистичен ефект: Поради факта, че няма време за един електрон, той не е в състояние да избере най-малката разлика между две „стикове“ по време на взаимодействие с тях и го прави едновременноот неговата „гледна точка“: един електрон преминава през два процепа едновременно с различна плътност на вълната във всеки и след това се намесва в себе си като две насложени вълни.

Ето разликата в описанията на вероятностите в класическите и квантовите: Квантовите корелации са „по-силни“ от класическите. Ако резултатът от падането на монета зависи от много влияещи фактори, но като цяло те са уникално определени, така че просто трябва да направите точна машина за хвърляне на монети и те ще паднат по същия начин, случайността е „изчезнала“. Ако направите автомат, който се забива в електронен облак, тогава резултатът ще се определя от факта, че всеки удар винаги ще удря нещо, само че с различна плътност на есенцията на електрона на това място. Няма други фактори освен статичното разпределение на вероятността за намиране на измерения параметър в електрона и това е детерминизъм от съвсем различен вид, отколкото в класиката. Но и това е детерминизъм, т.е. тя винаги е изчислима, възпроизводима, само със сингулярност, описана от вълновата функция. Освен това такъв квантов детерминизъм се отнася само до холистично описание на квантова вълна. Но, поради липсата на собствено време за кванта, той взаимодейства абсолютно произволно, т.е. няма критерий, който да предскаже предварително резултата от измерването на съвкупността от неговите параметри. В този смисъл e (в класическия възглед) е абсолютно недетерминистично.

Електронът наистина и наистина съществува под формата на статична формация (а не точка, въртяща се в орбита) - стояща вълна на електрическо смущение, което има друг релативистичен ефект: перпендикулярно на основната равнина на "разпространение" (ясно е защо в кавички :) електрическо полеВъзниква също така статична област на поляризация, която е в състояние да повлияе на същата област на друг електрон: магнитен момент. Електрическата поляризация в електрона дава ефект на електрически заряд, неговото отражение в пространството под формата на възможност за влияние върху други електрони - под формата на магнитен заряд, който не може да съществува сам по себе си без електрически заряд. И ако в електрически неутрален атом електрическите заряди се компенсират от ядрените заряди, тогава магнитните могат да бъдат ориентирани в една посока и да получим магнит. По-задълбочени идеи за това са в статията .

Посоката, в която ще бъде насочен магнитният момент на електрона, се нарича спин. Тези. спинът е проява на метода на наслагване на вълна на електрическа деформация върху себе си с образуването на стояща вълна. Числената стойност на спина съответства на характеристиката на наслагващата се вълна За електрона: +1/2 или -1/2 (знакът символизира посоката на страничното изместване на поляризацията - "магнитния" вектор).

Ако има един електрон на външния електронен слой на атома и внезапно към него се присъедини друг (образуването на ковалентна връзка), тогава те, като два магнита, незабавно се издигат до позиция 69, образувайки сдвоена конфигурация с енергия на връзката, която трябва да бъдат разбити, за да споделят отново тези електрони. Общото завъртане на такава двойка е 0.

Спинът е параметър, който играе важна роля при разглеждането на заплетени състояния. За свободно разпространяващ се електромагнитен квант същността на условния параметър „завъртане“ остава същата: ориентацията на магнитния компонент на полето. Но той вече не е статичен и не води до възникване на магнитен момент. За да го оправите, не ви трябва магнит, а поляризатор.

За да получите някои идеи за квантовото заплитане, предлагам да прочетете популярната и кратка статия на Алексей Левин: Страст от разстояние . Моля, последвайте връзката и прочетете, преди да продължите :)

И така, специфичните параметри на измерване се реализират само по време на измерване, а преди това те са съществували под формата на това разпределение на вероятностите, което представлява статиката на релативистичните ефекти на динамиката на разпространението на поляризацията на микросвета, видима за макросвета. Да се ​​разбере същността на това, което се случва в квантовия свят, означава да се проникне в проявленията на такива релативистични ефекти, които всъщност придават на квантовия обект свойствата на съществуване едновременнов различни състояния до момента на конкретното измерване.

„Заплетено състояние“ е напълно детерминистично състояние на две частици, които имат такава идентична зависимост на описанието на квантовите свойства, че последователни корелации се появяват в двата края, поради особеностите на същността на квантовата статика, която има последователно поведение. За разлика от макростатистиката, в квантовата статистика е възможно да се запазят такива корелации за обекти, разделени в пространството и времето и преди това последователни по параметри. Това се проявява в статистиката за изпълнение на неравенствата на Бел.

Как се различава вълновата функция (нашето абстрактно описание) на незаплетените електрони на два водородни атома (въпреки че нейните параметри са общоприети квантови числа)? Нищо освен това, че въртенето на несдвоения електрон е произволно, без да се нарушават неравенствата на Бел. В случай на образуване на сдвоена сферична орбитала в атом на хелий или в ковалентните връзки на два водородни атома, с образуването на молекулна орбитала, обобщена от два атома, параметрите на двата електрона се оказват взаимно съгласувани . Ако заплетените електрони се разделят и започнат да се движат в различни посоки, тогава във вълновата им функция се появява параметър, който описва изместването на плътността на вероятността в пространството като функция на времето - траекторията. И това изобщо не означава, че функцията е размазана в пространството, просто защото вероятността за намиране на обект става нула на известно разстояние от него и не остава нищо, което да показва вероятността за намиране на електрон. Това е особено очевидно, ако двойката е разделена във времето. Тези. възникват два локални и независими дескриптора, движещи частици в противоположни посоки. Въпреки че все още е възможно да се използва един общ дескриптор, това е право на този, който го формализира :)

В допълнение, околната среда на частиците не може да остане безразлична и също е обект на модификация: дескрипторите на вълновата функция на частиците на околната среда се променят и участват в получената квантова статистика чрез тяхното влияние (пораждайки явления като декохерентност) . Но обикновено почти никой не мисли да опише това като обща вълнова функция, въпреки че това също е възможно.

Много източници предоставят подробна информация за тези явления.

M.B. Mensky пише:

"Една от целите на тази статия... е да обоснове мнението, че съществува формулировка на квантовата механика, в която не възникват парадокси и в която могат да се отговорят на всички въпроси, които физиците обикновено задават. Парадоксите възникват само когато изследователят не е доволен от това "физическо" ниво на теория, когато той поставя въпроси, които не са обичайни да се поставят във физиката, с други думи, когато той се задължава да се опита да излезе отвъд границите на физиката. ...Специфичните характеристики на квантовата механика, свързани със заплетените състояния, бяха формулирани за първи път във връзка с парадокса на EPR, но в момента те не се възприемат като парадоксални. За хората, които работят професионално с квантово-механичния формализъм (т.е. за повечето физици), няма нищо парадоксално нито в EPR двойки, нито дори в много сложни заплетени състояния с голям брой членове и голям брой фактори във всеки член. Резултатите от всякакви експерименти с такива състояния по принцип са лесни за изчисляване (въпреки че техническите трудности при изчисляването на сложни заплетени състояния са, разбира се, възможни)."

Въпреки че, трябва да се каже, в дискусиите за ролята на съзнанието, съзнателния избор в квантовата механика, Менски се оказва този, който взема " вземете смелостта да се опитате да отидете отвъд границите на физиката". Това напомня на опити за подход към феномените на психиката. Като квантов професионалист Менски е добър, но в механизмите на психиката той, подобно на Пенроуз, е наивен.

Съвсем накратко и условно (само за да схвана същината) за използването на заплетените състояния в квантовата криптография и телепортацията (тъй като това е, което удивлява въображението на благодарните зрители).

И така, криптография. Трябва да изпратите последователността 1001

Ние използваме два канала. Според първия ние изпращаме заплетена частица, а според втория информация за това как да интерпретираме получените данни под формата на един бит.

Нека приемем, че има алтернатива на възможното състояние на използвания спин на квантовия механичен параметър в условни състояния: 1 или 0. Освен това вероятността за тяхното възникване с всяка освободена двойка частици е наистина случайна и не носи никакво значение.

Първи трансфер. При измерване Тукоказа се, че частицата има състояние 1. Това означава, че другата има състояние 0. Така че сила на звукаВ края на получаването на необходимата единица предаваме бит 1. Тамизмерват състоянието на частицата и за да разберат какво означава, я добавят към предаденото 1. Получават 1. В същото време проверяват с бяло дали заплитането не е нарушено, т.е. информацията не беше прихваната.

Втора предавка. Резултатът отново е състояние 1. Другото е с 0. Предаваме информацията - 0. Събираме и получаваме търсената 0.

Трета предавка. Състоянието тук е 0. Там това означава - 1. За да получим 0, предаваме 0. Добавяме, получаваме 0 (в най-малката цифра).

Четвърто. Тук - 0, там - 1, трябва да се интерпретира като 1. Предаваме информацията - 0.

Това е принципът. Прихващането на информационния канал е безполезно поради напълно некорелирана последователност (криптиране на състоянието на първата частица с ключ). Прихващане на обфусциран канал - прекъсва приемането и се открива. Статистиката на предаване от двата края (получаващият край има всички необходими данни за предаващия край) според Bell определя коректността и неприхващането на предаването.

Ето какво представлява телепортацията. Там няма произволно налагане на състояние на частица, а само прогноза какво ще бъде това състояние след (и само след като) частицата тук бъде премахната от връзката чрез измерване. И тогава те казват, че е имало прехвърляне на квантово състояние с унищожаване на допълващото състояние в началната точка. След като сте получили информация за състоянието тук, вие можете да коригирате квантовомеханичния параметър по един или друг начин, така че да се окаже идентичен с този тук, но тук вече няма да бъде и те говорят за прилагане на забраната на клониране в свързано състояние.

Изглежда, че няма аналози на тези явления в макрокосмоса, няма топки, ябълки и т.н. от класическата механика не може да служи за тълкуване на проявлението на тази природа на квантовите обекти (всъщност няма фундаментални пречки за това, което ще бъде показано по-долу в последната връзка). Това е основната трудност за тези, които искат да получат видимо „обяснение“. Това не означава, че такова нещо не е възможно, както понякога се твърди. Това означава, че трябва да работите доста усърдно върху релативистичните концепции, които играят решаваща роля в квантовия свят и свързват света на кванта с макро света.

Но и това не е необходимо. Нека си припомним основната задача на представянето: какъв трябва да бъде законът за материализиране на измерения параметър (който се описва от вълновата функция), така че неравенството да не се нарушава във всеки край, а с общата статистика се нарушава при двата края. Има много интерпретации за разбиране на това, използвайки спомагателни абстракции. Те говорят за едно и също нещо различни езицитакива абстракции. От тях две са най-значими по отношение на споделената правилност между носителите на идеи. Надявам се след казаното да стане ясно какво се има предвид :)

Копенхагенска интерпретация от статия за парадокса на Айнщайн-Подолски-Розен:

" (EPR парадокс) - привиден парадокс... Всъщност, нека си представим, че на две планети в различни краища на Галактиката има две монети, които винаги падат по един и същи начин. Ако запишете резултатите от всички хвърляния и след това ги сравните, те ще съвпаднат. Самите капки са случайни и не могат да бъдат повлияни по никакъв начин. Невъзможно е например да се съгласим, че главите са едно, а опашките са нула и по този начин да предаваме двоичен код. В крайна сметка последователността от нули и единици ще бъде произволна в двата края на жицата и няма да носи никакво значение.

Оказва се, че има обяснение за парадокса, което е логически съвместимо както с теорията на относителността, така и с квантовата механика.

Някой може да си помисли, че това обяснение е твърде неправдоподобно. Толкова е странно, че Алберт Айнщайн никога не е вярвал в „бог, който играе на зарове“. Но внимателните експериментални тестове на неравенствата на Бел показаха, че в нашия свят има нелокални инциденти.

Важно е да се подчертае една вече спомената последица от тази логика: измерванията върху заплетени състояния няма да нарушат теорията на относителността и причинно-следствената връзка само ако са наистина случайни. Не трябва да има никаква връзка между обстоятелствата на измерване и смущението, нито най-малката закономерност, защото в противен случай би възникнала възможността за моментално предаване на информация. Така квантовата механика (в копенхагенската интерпретация) и съществуването на заплетени състояния доказват наличието на индетерминизъм в природата."

В статистическа интерпретация това се показва чрез концепцията за „статистически ансамбли“ (същото):

От гледна точка на статистическата интерпретация реалните обекти на изследване в квантовата механика не са отделни микрообекти, а статистически ансамбли от микрообекти, разположени в едни и същи макроусловия. Съответно фразата „една частица е в такова и такова състояние“ всъщност означава „частицата принадлежи към такъв и такъв статистически ансамбъл“ (състоящ се от много подобни частици). Следователно изборът на един или друг под-ансамбъл в първоначалния ансамбъл значително променя състоянието на частицата, дори ако не е имало пряко въздействие върху нея.

Като проста илюстрация разгледайте следния пример. Нека вземем 1000 цветни монети и ги хвърлим върху 1000 листа хартия. Вероятността „главите“ да бъдат отпечатани върху произволно избран лист е равна на 1/2. Междувременно, за листове, върху които монетите лежат „опашки“ нагоре, същата вероятност е равна на 1 - тоест имаме възможност да. косвено установяват естеството на отпечатъка върху хартия, като гледат не самия лист, а само монетата. Въпреки това, ансамбълът, свързан с такова „непряко измерване“, е напълно различен от оригиналния: той вече не съдържа 1000 листа хартия, а само около 500!

По този начин, опровержението на връзката на неопределеността в „парадокса“ на EPR би било валидно само ако за оригиналния ансамбъл е възможно едновременно да се избере непразен подансамбъл както на базата на импулса, така и на базата на пространствените координати. Но именно невъзможността за такъв избор се потвърждава от съотношението на неопределеността! С други думи, „парадоксът” на ЕПР всъщност се оказва порочен кръг: той предварително предполага неверността на факта, който се опровергава.

Опция със „свръхсветлинен сигнал“ от частица Акъм частицата Бсъщо се основава на игнорирането на факта, че вероятностните разпределения на стойностите на измерените величини характеризират не конкретна двойка частици, а статистически ансамбъл, съдържащ огромен брой такива двойки. Тук като подобна можем да разгледаме ситуацията, когато върху лист в тъмното се хвърля цветна монета, след което листът се издърпва и се заключва в сейф. Вероятността „главите“ да бъдат отпечатани на листа е априори равна на 1/2. всички показват способността на нашия поглед да замъглява химически въздейства върху предмети, заключени в сейфа.

Повече информация: А. А. Печенкин Ансамбъл интерпретации на квантовата механика в САЩ и СССР.

И още едно тълкуване от http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm:

Модалната интерпретация на Ван Фраасен предполага, че състоянието на физическата система се променя само причинно, т.е. в съответствие с уравнението на Шрьодингер обаче това състояние не определя еднозначно стойностите на физическите величини, открити по време на измерването.

Попър дава тук своя любим пример: детски билярд (дъска, покрита с игли, върху която отгоре се търкаля метална топка, символизираща физическа система - самият билярд символизира експериментално устройство). Когато топката е в горната част на билярда, имаме едно разположение, едно предразположение да стигнем до някаква точка в долната част на дъската. Ако фиксирахме топката някъде в средата на дъската, променяхме спецификацията на експеримента и получавахме ново предразположение. Квантовомеханичният индетерминизъм тук е напълно запазен: Попър постановява, че билярдът не е механична система. Не можем да проследим траекторията на топката. Но „намаляването на вълновия пакет“ не е акт на субективно наблюдение, то е съзнателно предефиниране на експерименталната ситуация, стесняване на условията на опит.

Нека обобщим фактите

1. Въпреки абсолютната случайност на загубата на параметри при измерване на заплетени двойки частици в масата, последователността се проявява във всяка такава двойка: ако една частица в двойката се окаже със спин 1, тогава другата частица в двойката има обратното въртене. Това по принцип е разбираемо: тъй като в сдвоено състояние не може да има две частици, които имат еднакъв спин в едно и също енергийно състояние, тогава, когато се разделят, ако се запази консистенцията, тогава спиновете остават консистентни. Веднага щом се определи въртенето на едното, въртенето на другото става известно, въпреки факта, че случайността на въртенето при измервания от всяка страна е абсолютна.

Нека накратко изясня невъзможността за напълно еднакви състояния на две частици на едно място в пространство-времето, което в модела на структурата на електронната обвивка на атома се нарича принцип на Паули, а в квантовомеханичното разглеждане на консистентните състояния - принципът на невъзможността за клониране на заплетени обекти.

Има нещо (все още неизвестно), което всъщност пречи на квант или съответстваща му частица да бъде в едно локално състояние с друго - напълно идентично по квантови параметри. Това се реализира, например, в ефекта на Казимир, когато виртуалните кванти между плочите могат да имат дължина на вълната, не по-голяма от празнината. И това е особено ясно осъзнато при описанието на атома, когато електроните на даден атом не могат да имат еднакви параметри във всички отношения, което е аксиомично формализирано от принципа на Паули.

На първия, най-близкия слой може да има само 2 електрона под формата на сфера (с- електрони). Ако има две от тях, тогава те имат различни завъртания и са сдвоени (заплетени), образувайки обща вълна със свързваща енергия, която трябва да се приложи, за да се разруши тази двойка.

Във второто, по-отдалечено и по-високо енергийно ниво, може да има 4 „орбитали“ на два сдвоени електрона под формата на стояща вълна, оформена като обемна осмица (р-електрони). Тези. по-голямата енергия заема повече място и позволява няколко вече свързани двойки да бъдат съседни. Вторият слой се различава енергийно от първия слой с 1 възможно дискретно енергийно състояние (по-външните електрони, описващи пространствено по-голям облак, също имат по-висока енергия).

Третият слой вече пространствено ви позволява да имате 9 орбити във формата на четирилистник (д-електрони), четвърти - 16 орбити - 32 електрона,форма които също наподобяват обемни осмици в различни комбинации ( f- електрони).

Форми на електронния облак:

a – s-електрони; b – р-електрони; c – d-електрони.

Този набор от дискретно различни състояния - квантови числа - характеризират възможните локални състояния на електроните. И ето какво идва от това.

Когато два електрона имат различни спиновеединенергийно ниво (въпреки че това не е фундаментално необходимо: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) двойка, се образува обща „молекулна орбитала“ с по-ниско енергийно ниво поради енергия и свързване. Два водородни атома, всеки от които споделя несдвоен електрон, образуват общо припокриване на тези електрони - (проста ковалентна) връзка. Докато съществува, наистина два електрона имат обща последователна динамика - обща вълнова функция. Колко дълго? „Температурата“ или нещо друго, което може да компенсира енергията на свързване, го разрушава. Атомите се разлитат с електрони, които вече не споделят обща вълна, но все още са в взаимно допълващо се състояние на преплитане. Но вече няма връзка :) Това е моментът, в който вече не си струва да се говори за общата вълнова функция, въпреки че вероятностните характеристики от гледна точка на квантовата механика остават същите, сякаш тази функция продължаваше да описва общата вълнова функция. Това точно означава поддържане на способността да се проявява последователна корелация.

Описан е метод за производство на заплетени електрони чрез техните взаимодействия: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.htmlили популярно-схематично - в http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " За да създадете "връзка на несигурност" на електроните, тоест да ги "объркате", трябва да се уверите, че те са идентични във всички отношения, и след това да изстреляте тези електрони в разделител на лъчи. Механизмът "разделя" всеки от електроните, привеждайки ги в квантово състояние на "суперпозиция", в резултат на което електронът е еднакво вероятно да се движи по един от двата пътя.".

2. Със статистика на измерванията от двете страни, взаимната съгласуваност на произволността в двойки може да доведе до нарушаване на неравенството на Бел при определени условия. Но не чрез използването на някаква специална, все още неизвестна квантово-механична единица.

Следващата кратка статия (базирана на идеите, представени от R. Pnrose) ни позволява да проследим (покажем принципа, пример) как това е възможно: Относителността на неравенствата на Бел или новият ум на голия крал. Това е показано и в работата на A.V Belinsky, публикувана в Advances in Physical Sciences: Bell's theorem without the assumption of locality. Друга работа на А.В.Белински за разглеждане от заинтересованите: Теорема на Бел за трихотомни наблюдаеми, както и дискусия с Д.П.С., проф., акад. Валерий Борисович Морозов (общопризнато светило на форумите на Физическия факултет на FRTK-MIPT и „дубинушки“), където Морозов предлага за разглеждане и двете произведения на А. В. Белински: Опитът на аспекта: въпрос към Морозов. И в допълнение към темата за възможността за нарушаване на неравенствата на Бел без въвеждане на каквото и да е действие на дълги разстояния: Моделиране с помощта на неравенството на Бел.

Моля, обърнете внимание, че „Относителността на неравенствата на Бел или новият ум на голия крал“, както и „Теоремата на Бел без предположението за локалност“ в контекста на тази статия не претендират да описват механизма на квантовото механично заплитане. Задачата е показана в последното изречение на първата връзка: „Няма причина да се говори за нарушаването на неравенствата на Бел като неоспоримо опровержение на всеки модел на локален реализъм.“ тези. границата на неговото използване е теоремата, заявена в началото: „Може да съществуват модели на класическа локалност, в които неравенствата на Бел ще бъдат нарушени.“ В дискусията има допълнителни обяснения за това.

Ще ви дам и модел от мен.
„Нарушаването на локалния реализъм“ е просто релативистичен ефект.
Никой (нормален) не спори с факта, че за система, движеща се с максимална скорост (скоростта на светлината във вакуум) няма нито пространство, нито време (преобразуването на Лоренц в случая дава нула време и пространство), т.е. за един квант той е едновременно тук и там, без значение колко далеч може да е там.
Ясно е, че заплетените кванти имат своя собствена начална точка. А електроните са същите кванти в състояние на стояща вълна, т.е. съществуващи тук и там едновременно за целия живот на електрона. Всички свойства на квантите се оказват предопределени за нас, тези, които ги възприемат отвън, ето защо. В крайна сметка ние сме съставени от кванти, които са както тук, така и там. За тях скоростта на разпространение на взаимодействието (максималната скорост) е безкрайно висока. Но всички тези безкрайности са различни, точно както различните дължини на сегменти, въпреки че всеки има безкраен брой точки, но съотношението на тези безкрайности дава съотношението на дължините. Така се появяват времето и пространството за нас.
За нас локалният реализъм е нарушен в експериментите, но за квантите не е.
Но това несъответствие по никакъв начин не влияе на реалността, защото на практика не можем да се възползваме от такава безкрайна скорост. Нито информацията, нито, особено материята, се предават неограничено бързо по време на „квантовата телепортация“.
Така че всичко това са само шеги с релативистични ефекти, нищо повече. Те могат да се използват в квантовата криптография или нещо друго, но не могат да се използват за реални действия на дълги разстояния.

Нека да разгледаме същността на това, което показват неравенствата на Бел.
1. Ако ориентацията на измервателните уреди в двата края е една и съща, тогава резултатът от измерването на въртенето в двата края винаги ще бъде противоположен.
2. Ако ориентацията на измервателните уреди е противоположна, резултатът ще бъде същият.
3. Ако ориентацията на левия метър се различава от ориентацията на десния с по-малко от определен ъгъл, тогава точка 1 ще се реализира и съвпаденията ще бъдат в рамките на вероятността, предвидена от Бел за независими частици.
4. Ако ъгълът надвишава, тогава точка 2 и съвпаденията ще бъдат по-големи от вероятността, предвидена от Бел.

Тези. при по-малък ъгъл ще получим предимно противоположни стойности на завъртанията, а при по-голям ъгъл ще получим предимно еднакви.
Може да си представите защо това се случва със спина, като имате предвид, че спинът на електрона е магнит и също се измерва чрез ориентацията на магнитното поле (или в свободен квант спинът е посоката на поляризацията и се измерва от ориентацията на празнината, през която трябва да попада равнината на въртене на поляризацията).
Ясно е, че изпращайки магнити, които първоначално са били свързани и са запазили взаимната си ориентация при изпращане, ние ще им въздействаме с магнитно поле по време на измерване (завъртайки ги в една или друга посока) по същия начин, както се случва в квантовите парадокси.
Ясно е, че при среща с магнитно поле (включително спина на друг електрон), спинът задължително е ориентиран в съответствие с него (взаимно противоположно в случай на спин на друг електрон). Ето защо те казват, че „ориентацията на въртенето се случва само по време на измерване“, но в същото време зависи от първоначалната му позиция (в коя посока да се върти) и посоката на въздействие на измервателния уред.
Ясно е, че за това не са необходими далечни действия, както не е необходимо да се предписва такова поведение в първоначалното състояние на частиците.
Имам основание да смятам, че досега при измерване на спина на отделни електрони не се вземат предвид междинните спинови състояния, а само предимно по дължината на измервателното поле и срещу полето. Примери за методи: , . Струва си да се обърне внимание на датата на разработване на тези методи, която е по-късна от описаните по-горе експерименти.
Даденият модел, разбира се, е опростен (при квантовите явления въртенето не е точно материалните магнити, въпреки че те осигуряват всички наблюдавани магнитни явления) и не отчита много нюанси. Следователно това не е описание на реално явление, а показва само възможен принцип. И също така показва колко лошо е просто да се доверявате на описателен формализъм (формули), без да разбирате същността на случващото се.
Освен това теоремата на Бел е правилна във формулировката от статията на Аспек: „невъзможно е да се намери теория с допълнителен параметър, който да отговаря на общото описание и да възпроизвежда всички прогнози на квантовата механика.“ и изобщо не във формулировката на Пенроуз: „оказва се, че е невъзможно да се възпроизведат прогнозите на квантовата теория по този (неквантов) начин.“ Ясно е, че за да се докаже теорията според Пенроуз, е необходимо да се докаже, че не е възможно да се нарушат неравенствата на Бел, като се използват модели, различни от квантов механичен експеримент.

Това е донякъде преувеличен, може да се каже вулгарен пример за тълкуване, просто за да покаже как човек може да бъде измамен в такива резултати. Но нека изясним какво Бел иска да докаже и какво всъщност се случва. Бел създаде експеримент, показващ, че при заплитането няма предварително съществуващ „алгоритъм“, няма предварително изградена корелация (както опонентите настояваха по това време, казвайки, че има някои скрити параметри, които определят такава корелация). И тогава вероятностите в неговите експерименти трябва да са по-високи от вероятността за действително случаен процес (защо е добре описано по-долу).
НО всъщност те просто имат еднакви вероятностни зависимости. Какво означава? Това означава, че изобщо не е предварително определена, дадена връзка между фиксирането на параметър и измерването, което се извършва, но такъв резултат от фиксирането идва от факта, че процесите имат една и съща (допълваща се) вероятностна функция (която, като цяло, пряко произтича от квантово-механичните концепции), същността, която е реализацията на параметър, когато е фиксиран, който не е дефиниран поради отсъствието на пространство и време в неговата „референтна рамка“ поради максималната възможна динамика на неговото съществуване (релативистичен ефект, формализиран чрез трансформации на Лоренц, вижте Вакуум, кванти, материя).

Така Браян Грийн описва методологическата същност на експеримента на Бел в книгата си „Тъканта на Космоса“. Всеки от двамата играчи получи много кутии, всяка с по три врати. Ако първият играч отвори същата врата като втория в кутия със същия номер, тогава тя мига със същата светлина: червена или синя.
Първият играч Скъли приема, че това е осигурено от програмата за светкавичен цвят, вградена във всяка двойка в зависимост от вратата, вторият играч Мълдър вярва, че светкавиците следват с еднаква вероятност, но по някакъв начин са свързани (чрез нелокално действие на далечни разстояния) . Според втория играч опитът решава всичко: ако програмата - тогава вероятността за еднакви цветове, когато различни врати се отварят на случаен принцип, трябва да бъде повече от 50%, противно на истината за случайната вероятност. Той даде пример защо:
За да бъдем конкретни, нека си представим, че програмата за сферата в отделна кутия произвежда син (1-ва врата), син (2-ра врата) и червен (3-та врата) цветове. Сега, тъй като и двамата избираме една от трите врати, има общо девет възможни комбинации от врати, които можем да изберем да отворим за дадена кутия. Например, аз мога да избера горната врата на моята кутия, докато вие можете да изберете страничната врата на вашата кутия; или аз мога да избера входната врата, а вие можете да изберете горната врата; и така нататък."
"Да, разбира се." – подскочи Скъли. „Ако наречем горната врата 1, страничната врата 2 и предната врата 3, тогава деветте възможни комбинации от врати са просто (1,1), (1,2), (1,3), (2,1 ), (2,2), (2,3), (3,1), (3,2) и (3,3)."
„Да, така е“, продължава Мълдър. - "Сега важен момент: От тези девет възможности отбелязваме, че пет комбинации от врати - (1,1), (2,2), (3,3), (1,2) и (2,1) - водят до резултата, който ние вижте как сферите в нашите кутии мигат с еднакви цветове.
Първите три комбинации от врати са тези, при които избираме еднакви врати, а както знаем, това винаги води до едни и същи цветове. Другите две комбинации от врати (1,2) и (2,1) водят до същите цветове, тъй като програмата диктува, че сферите ще мигат в един цвят - синьо - ако врата 1 или врата 2 е отворена. Така че, тъй като 5 е повече от половината от 9, това означава, че за повече от половината - повече от 50 процента - от възможните комбинации от врати, които можем да изберем да отворим, сферите ще мигат с един и същи цвят."
— Но чакай — протестира Скъли. - „Това е само един пример за специална програма: синьо, синьо, червено. В моето обяснение предположих, че кутиите с различни номера могат и като цяло ще имат различни програми.“
„Наистина няма значение. Изводът е валиден за всяка от възможните програми.

И това наистина е вярно, ако имаме работа с програма. Но това изобщо не е така, ако имаме работа със случайни зависимости за много преживявания, но всяка от тези случайности има една и съща форма във всеки експеримент.
При електроните, когато те първоначално са били свързани в двойка, което осигурява техните напълно зависими спинове (взаимно противоположни) и разпръснати, тази взаимозависимост, разбира се, остава с пълна цялостна картина на истинската вероятност за утаяване и във факта, че че е невъзможно да се каже предварително как завъртанията на двата получени електрона в двойка е невъзможно, докато не се определи един от тях, но те „вече“ (ако може да се каже така по отношение на нещо, което няма собствено метрика на времето и пространството) имат определено относително положение.

По-нататък в книгата на Браян Грийн:
има начин да проверим дали по невнимание не сме влезли в конфликт със STO. Общото свойство на материята и енергията е, че когато се прехвърлят от място на място, те могат да предават информация. Фотоните, пътуващи от радиопредавателна станция до вашия приемник, носят информация. Електроните, пътуващи през интернет кабелите до вашия компютър, носят информация. Във всяка ситуация, в която нещо — дори нещо неидентифицирано — се подразбира, че се движи по-бързо от скоростта на светлината, безопасният тест е да се запита дали то предава информация или поне може. Ако отговорът е не, стандартното разсъждение преминава през това, че нищо не надвишава скоростта на светлината и SRT остава неоспорим. На практика физиците често използват този тест, за да определят дали някакъв фин процес нарушава законите на SRT. Нищо не оцеля след този тест.

Що се отнася до подхода на Р. Пенроузи така нататък. тълкуватели, тогава от неговия труд Penrouz.djvu ще се опитам да подчертая онази фундаментална нагласа (светоглед), която директно води до мистични възгледи за нелокалността (с моите коментари - черна цаета):

Беше необходимо да се намери начин, който да позволи да се отдели истината от предположенията в математиката - някаква формална процедура, използвайки която да се каже с увереност дали дадено математическо твърдение е вярно или не (възражение виж Методът и истината на Аристотел, критерии за истина). Докато този проблем не бъде правилно решен, едва ли може сериозно да се надяваме на успех в решаването на други, много по-сложни проблеми - тези, които се отнасят до природата на силите, които движат света, без значение каква връзка могат да имат същите тези сили с математическата истина. Осъзнаването, че ключът към разбирането на Вселената се крие в неопровержимата математика, е може би първият от най-важните пробиви в науката като цяло. Древните египтяни и вавилонци са се досещали за различни математически истини, но първият камък в основата на математическото разбиране...
... за първи път хората имаха възможността да формулират надеждни и очевидно неопровержими твърдения - твърдения, чиято истинност днес е извън съмнение, въпреки факта, че науката е напреднала много оттогава. За първи път хората откриха наистина вечната природа на математиката.
Какво е това - математическо доказателство? В математиката доказателството е безупречно разсъждение, което използва само техниките на чистата логика. (чиста логика не съществува. Логиката е аксиоматична формализация на модели и връзки, открити в природата)което позволява да се направи недвусмислено заключение относно валидността на конкретно математическо твърдение въз основа на валидността на всякакви други математически твърдения, установени предварително по подобен начин или изобщо не изискващи доказателство (специални елементарни твърдения, истинността на които, по общо мнение, е очевидно, се наричат ​​аксиоми) . Доказаното математическо твърдение обикновено се нарича теорема. Ето тук не го разбирам: има и теореми, които са просто формулирани, но не са доказани.
... Обективните математически концепции трябва да се разглеждат като вечни обекти; няма нужда да мислим, че тяхното съществуване започва в момента, в който се появят под една или друга форма в човешкото въображение.
... По този начин математическото съществуване се различава не само от физическото съществуване, но и от съществуването, с което нашето съзнателно възприятие е в състояние да надари даден обект. Въпреки това, тя е ясно свързана с последните две форми на съществуване - т.е., физическо и умствено съществуване връзката е напълно физическа концепция, какво има предвид Пенроуз тук?- и съответните връзки са колкото фундаментални, толкова и мистериозни.
Ориз. 1.3. Три „свята“ – математическият, физическият и умственият на Платон – и три фундаментални мистерии, които ги свързват...
... И така, според показаното на фиг. 1.3 диаграма, целият физически свят се управлява от математически закони. Ще видим в следващите глави на книгата, че има сериозни (макар и непълни) доказателства в подкрепа на това мнение. Ако вярваме на това доказателство, тогава трябва да признаем, че всичко, което съществува във физическата Вселена, до най-малкия детайл, наистина се управлява от точни математически принципи - може би уравнения. Просто си лудувам тихичко тук....
...Ако това е така, тогава нашите физически действия са напълно и напълно подчинени на такъв универсален математически контрол, въпреки че този „контрол“ все още позволява известна случайност в поведението, управлявана от строги вероятностни принципи.
Много хора започват да се чувстват много неудобно от подобни предположения; Самият аз, да призная, тези мисли предизвикват известно безпокойство.
... Може би в известен смисъл трите свята изобщо не са отделни единици, а само отразяват различни аспекти на някаква по-фундаментална ИСТИНА (курсив добавен), която описва света като цяло - истина, за която в момента нямаме представа концепции. - чисти Мистика....
.................
Дори се оказва, че има области на екрана, които са недостъпни за частици, излъчвани от източника, въпреки факта, че частиците могат доста успешно да навлязат в тези зони, когато само един от прорезите е отворен! Въпреки че петната се появяват на екрана едно по едно в локализирани позиции и въпреки че всяка среща на частица с екран може да бъде свързана със специфичен акт на излъчване на частицата от източника, поведението на частицата между източника и екранът, включително двусмислието, свързано с наличието на два процепа в преградата, е подобно на поведението на вълна, при която вълната Когато частица се сблъска с екрана, тя усеща и двата процепа едновременно. Освен това (и това е особено важно за нашите непосредствени цели), разстоянието между ивиците на екрана съответства на дължината на вълната A на нашата вълнова частица, свързана с импулса на частиците p чрез предишната формула XXXX.
Всичко това е напълно възможно, ще каже един трезво мислещ скептик, но това не ни принуждава да извършваме такова абсурдно отъждествяване на енергия и импулс с някакъв оператор! Да, точно това искам да кажа: операторът е просто формализъм за описание на феномен в неговата определена рамка, а не идентичност с феномена.
Разбира се, не ни принуждава, но трябва ли да се отдръпваме от чудото, когато ни се яви?! Какво е това чудо? Чудото е, че тази очевидна абсурдност на експерименталния факт (вълните се оказват частици, а частиците се оказват вълни) може да бъде въведена в системата с помощта на красив математически формализъм, в който импулсът всъщност се идентифицира с „ диференциация по координатата", а енергията с "диференциация по отношение на времето".
... Всичко това е страхотно, но какво да кажем за вектора на състоянието? Какво ни пречи да разпознаем, че тя представлява реалността? Защо физиците често са изключително неохотни да приемат тази философска позиция? Не само физиците, но и тези, които имат всичко наред с холистичен светоглед и не са склонни да се занимават с недоопределени разсъждения.
.... Ако желаете, можете да си представите, че фотонната вълнова функция напуска източника под формата на ясно дефиниран вълнов пакет с малки размери, след което след среща с разделителя на лъча се разделя на две части, едната от които се отразява от сплитера, а другият се предава през него, например в перпендикулярна посока. И в двете принудихме вълновата функция да се раздели на две части в първия разделител на лъчи... Аксиома a 1: квантът не се дели. Човек, който говори за половини на кванта извън неговата дължина на вълната, се възприема от мен с не по-малко скептицизъм, отколкото човек, който създава нова вселена с всяка промяна в състоянието на кванта. Аксиома а 2: фотонът не променя траекторията си, а ако се е променила, това е повторно излъчване на фотона от електрона. Защото квантът не е еластична частица и няма нещо, от което би отскочил. По някаква причина във всички описания на подобни експерименти тези две неща се избягват да бъдат споменавани, въпреки че имат по-основно значение от ефектите, които се описват. Не разбирам защо Пенроуз казва това, той не може да не знае за неделимостта на кванта, освен това той спомена това в описанието на двойния процеп. В такива чудотворни случаи човек все пак трябва да се опита да остане в рамките на основните аксиоми и ако те влязат в някакво противоречие с опита, това е причина да се мисли по-внимателно за методологията и интерпретацията.
Нека го приемем засега, поне като математически моделквантов свят, това е любопитно описание, според което квантовото състояние се развива за известно време под формата на вълнова функция, обикновено „размазана“ в пространството (но със способността да се фокусира в по-ограничен регион), и след това, когато се направи измерване, това състояние се превръща в нещо локализирано и много специфично.
Тези. те сериозно говорят за възможността нещо да се разпростре на няколко светлинни години с възможност за мигновена взаимна промяна. Това може да се представи чисто абстрактно - като запазване на формализирано описание от всяка страна, но не под формата на някаква реална същност, представена от природата на кванта. Тук има ясна приемственост на идеята за реалността на съществуването на математически формализми.

Затова възприемам както Пенроуз, така и други подобни обещаващо настроени физици много скептично, въпреки много гръмкия им авторитет...

В книгата на S. Weinberg Dreams of a Final Theory:
Философията на квантовата механика е толкова неуместна за нейната реална употреба, че човек започва да подозира, че всички дълбоки въпроси относно значението на измерването са всъщност празни, породени от несъвършенството на нашия език, който е създаден в свят, практически управляван от законите на класическата физика.

В статията Какво е локалност и защо я няма в квантовия свят? , където проблемът е обобщен въз основа на последните събития от Александър Лвовски, служител на RCC и професор в университета в Калгари:
Квантовата нелокалност съществува само в рамките на Копенхагенската интерпретация на квантовата механика. Според него, когато се измерва квантово състояние, то се срива. Ако вземем за основа интерпретацията на много светове, която казва, че измерването на състояние само разширява суперпозицията към наблюдателя, тогава няма нелокалност. Това е просто илюзия на наблюдател, който „не знае“, че е влязъл в заплетено състояние с частица в противоположния край на квантовата линия.

Някои изводи от статията и съществуващата дискусия.
В момента има много интерпретации различни ниваразработка, опитвайки се не просто да опише феномена на заплитане и други „нелокални ефекти“, но да опише предположения за природата (механизмите) на тези явления - т.е. хипотези s. Освен това преобладаващото мнение е, че е невъзможно да си представим нещо в тази предметна област и е възможно да се разчита само на определени формализации.
Въпреки това, същите тези формализации, с приблизително еднаква убедителност, могат да покажат всичко, което интерпретаторът иска, чак до описание на появата на нова вселена всеки път в момент на квантова несигурност. И тъй като такива моменти възникват по време на наблюдение, привеждането в съзнание е като пряк участник в квантовите явления.
За подробна обосновка - защо този подход изглежда напълно грешен - вижте статията Евристика.
И така, всеки път, когато следващият готин математик започне да доказва нещо като единството на природата на две напълно различни явления въз основа на сходството на тяхното математическо описание (добре, например, това сериозно се прави със закона на Кулон и закона на Нютон за гравитацията) или „обяснявам“ квантовото заплитане на специално „измерение“, без да представям реалното му въплъщение (или съществуването на меридиани във формализма на земляните), ще го държа готов :)

Златното светеше ярко есенна зеленинадървета. Лъчите на вечерното слънце докосваха изтънелите върхове. Светлината проби през клоните и създаде спектакъл от причудливи фигури, проблясващи на стената на университетския „кемпер“.

Замисленият поглед на сър Хамилтън бавно се плъзна, наблюдавайки играта на светлотеницата. В главата на ирландския математик се въртял истински котел от мисли, идеи и заключения. Той отлично разбираше, че обяснението на много явления с помощта на Нютоновата механика е като игра на сенки върху стена, измамно преплитащи фигури и оставяйки много въпроси без отговор. „Може би това е вълна... или може би поток от частици“, помисли си ученият, „или светлината е проявление и на двете явления. Като фигури, изтъкани от сянка и светлина.”

Началото на квантовата физика

Интересно е да наблюдаваш велики хора и да се опитваш да разбереш как се раждат велики идеи, които променят хода на еволюцията на цялото човечество. Хамилтън е един от онези, които стоят в основата на квантовата физика. Петдесет години по-късно, в началото на двадесети век, много учени изучават елементарните частици. Получените знания бяха противоречиви и некомпилирани. Първите колебливи стъпки обаче бяха направени.

Разбирането на микросвета в началото на ХХ век

През 1901 г. е представен първият модел на атома и неговата непоследователност е показана от позицията на конвенционалната електродинамика. През същия период Макс Планк и Нилс Бор публикуват много трудове за природата на атома. Въпреки усърдната им работа, нямаше пълно разбиране на структурата на атома.

Няколко години по-късно, през 1905 г., малко известният немски учен Алберт Айнщайн публикува доклад за възможността за съществуване на светлинен квант в две състояния - вълново и корпускулярно (на частици). В работата му бяха дадени аргументи, за да се обясни причината за провала на модела. Визията на Айнщайн обаче е ограничена от старото разбиране за атомния модел.

След многобройни трудове на Нилс Бор и неговите колеги, през 1925 г. се ражда ново направление - един вид квантова механика. Разпространеният израз „квантова механика“ се появява тридесет години по-късно.

Какво знаем за квантите и техните странности?

Днес квантовата физика е стигнала доста далеч. Открити са много различни явления. Но какво всъщност знаем? Отговорът е представен от един съвременен учен. „Можете или да вярвате в квантовата физика, или да не я разбирате“, е определението, помислете сами. Ще бъде достатъчно да споменем такова явление като квантово заплитане на частици. Това явление хвърли научния свят в състояние на пълно недоумение. Още по-голям шок беше, че възникналият парадокс беше несъвместим с Айнщайн.

Ефектът от квантовото заплитане на фотоните е обсъден за първи път през 1927 г. на Петия конгрес на Солвей. Между Нилс Бор и Айнщайн възниква разгорещен спор. Парадоксът на квантовото заплитане напълно промени разбирането за същността на материалния свят.

Известно е, че всички тела се състоят от елементарни частици. Съответно всички явления на квантовата механика се отразяват в обикновения свят. Нилс Бор каза, че ако не гледаме Луната, значи тя не съществува. Айнщайн смята това за неразумно и вярва, че обектът съществува независимо от наблюдателя.

Когато изучаваме проблемите на квантовата механика, трябва да разберем, че нейните механизми и закони са взаимосвързани и не се подчиняват на класическата физика. Нека се опитаме да разберем най-противоречивата област - квантовото заплитане на частиците.

Теория на квантовото заплитане

Като начало си струва да разберете, че квантовата физика е като бездънен кладенец, в който можете да намерите всичко. Феноменът на квантовото заплитане в началото на миналия век е изследван от Айнщайн, Бор, Максуел, Бойл, Бел, Планк и много други физици. През двадесети век хиляди учени по света активно изучават и експериментират с това.

Светът е подчинен на строгите закони на физиката

Защо има такъв интерес към парадоксите на квантовата механика? Всичко е много просто: ние живеем подчинени на определени закони на физическия свят. Способността да се „заобиколи“ предопределението отваря магическа врата, зад която всичко става възможно. Например концепцията за "Котката на Шрьодингер" води до контрола на материята. Телепортирането на информация, причинено от квантовото заплитане, също ще стане възможно. Предаването на информация ще стане мигновено, независимо от разстоянието.
Този въпрос все още се проучва, но има положителна тенденция.

Аналогия и разбиране

Какво е уникалното на квантовото заплитане, как да го разберем и какво се случва, когато се случи? Нека се опитаме да го разберем. За да направите това, ще трябва да проведете някакъв мисловен експеримент. Представете си, че имате две кутии в ръцете си. Всяка от тях съдържа по една топка с ивица. Сега даваме една кутия на астронавта и той отлита към Марс. След като отворите кутия и видите, че ивицата на топката е хоризонтална, тогава топката в друга кутия автоматично ще има вертикална ивица. Това ще бъде квантово заплитане с прости думиизразено: един обект предопределя позицията на друг.

Трябва обаче да се разбере, че това е само повърхностно обяснение. За да се получи квантово заплитане, частиците трябва да имат еднакъв произход, като близнаци.

Много е важно да разберете, че експериментът ще бъде прекъснат, ако някой преди вас е имал възможност да погледне поне един от обектите.

Къде може да се използва квантовото заплитане?

Принципът на квантовото заплитане може да се използва за незабавно предаване на информация на големи разстояния. Подобно заключение противоречи на теорията на относителността на Айнщайн. Тя казва това максимална скоростдвижението е присъщо само на светлината - триста хиляди километра в секунда. Подобен трансфер на информация прави възможно съществуването на физическа телепортация.

Всичко в света е информация, включително материята. До този извод стигнаха квантовите физици. През 2008 г., въз основа на теоретична база данни, беше възможно да се види квантовото заплитане с просто око.

Това още веднъж подсказва, че сме на прага на големи открития – движение в пространството и времето. Времето във Вселената е дискретно, така че мигновеното движение на огромни разстояния прави възможно навлизането в различни времеви плътности (въз основа на хипотезите на Айнщайн и Бор). Може би в бъдеще това ще бъде реалност точно като мобилен телефонДнес.

Етердинамика и квантово заплитане

Според някои водещи учени квантовото заплитане се обяснява с факта, че пространството е изпълнено с вид етер – черна материя. Всяка елементарна частица, както знаем, съществува под формата на вълна и корпускула (частица). Някои учени смятат, че всички частици се намират върху „платно“ от тъмна енергия. Това не е лесно за разбиране. Нека се опитаме да го разберем по друг начин - чрез асоцииране.

Представете си себе си на брега на морето. Лек бриз и слаб вятър. Виждаш ли вълните? А някъде в далечината, в отблясъците на слънчевите лъчи, се вижда платноходка.
Корабът ще бъде нашата елементарна частица, а морето ще бъде етерът (тъмната енергия).
Морето може да бъде в движение под формата на видими вълни и капки вода. По същия начин всички елементарни частици могат да бъдат просто море (негова съставна част) или отделна частица - капка.

Това е опростен пример, всичко е малко по-сложно. Частиците без присъствието на наблюдател са под формата на вълна и нямат определено местоположение.

Бялата платноходка е отделен обект, тя се различава от повърхността и структурата на морската вода. По същия начин има „върхове“ в океана от енергия, които можем да възприемем като проявление на познатите ни сили, оформили материалната част на света.

Микросветът живее по свои собствени закони

Принципът на квантовото заплитане може да бъде разбран, ако вземем предвид факта, че елементарните частици са под формата на вълни. Без специфично местоположение и характеристики, двете частици се намират в океан от енергия. В момента, в който се появи наблюдателят, вълната се „трансформира“ в обект, достъпен за допир. Втората частица, наблюдавайки равновесната система, придобива противоположни свойства.

Описаната статия не е насочена към кратки научни описания на квантовия свят. Способността на обикновения човек да разбере се основава на достъпността на разбирането на представения материал.

Физиката на елементарните частици изучава заплитането на квантовите състояния на базата на въртенето (въртенето) на елементарна частица.

На научен език (опростен) – квантовото заплитане се определя от различни завъртания. В процеса на наблюдение на обектите учените видяха, че могат да съществуват само две завъртания - надлъжно и напречно. Колкото и да е странно, в други позиции частиците не „позират“ на наблюдателя.

Нова хипотеза - нов поглед към света

Изследването на микрокосмоса - пространството на елементарните частици - породи много хипотези и предположения. Ефектът на квантовото заплитане накара учените да мислят за съществуването на някакъв вид квантова микрорешетка. Според тях във всеки възел - точката на пресичане - има квант. Цялата енергия е интегрална решетка, а проявлението и движението на частиците е възможно само през възлите на решетката.

Размерът на „прозореца“ на такава решетка е доста малък и измерването с модерно оборудване е невъзможно. Въпреки това, за да потвърдят или опровергаят тази хипотеза, учените решиха да изследват движението на фотоните в пространствена квантова решетка. Работата е там, че фотонът може да се движи право или зигзагообразно - по диагонала на решетката. Във втория случай, изминал по-голямо разстояние, той ще изразходва повече енергия. Съответно, той ще се различава от фотон, движещ се по права линия.

Може би с течение на времето ще научим, че живеем в пространствена квантова решетка. Или това предположение може да се окаже невярно. Но принципът на квантовото заплитане показва възможността за съществуване на решетка.

Ако говорим на прост език, тогава в хипотетичен пространствен „куб“ определението на едно лице носи със себе си ясно противоположно значение на другото. Това е принципът на запазване на пространствено-времевата структура.

Епилог

За да разберете магическите и мистериозен святквантова физика, струва си да разгледаме отблизо развитието на науката през последните петстотин години. Преди това се смяташе, че Земята е плоска, а не сферична. Причината е очевидна: ако приемете формата му като кръгла, тогава водата и хората няма да могат да се задържат.

Както виждаме, проблемът беше в липсата на пълна визия за всички действащи сили. Възможно е съвременната наука да няма достатъчно представа за всички действащи сили, за да разбере квантовата физика. Пропуските във визията пораждат система от противоречия и парадокси. Може би магическият свят на квантовата механика крие отговорите на поставените въпроси.

• Превод

Квантовото заплитане е една от най-сложните концепции в науката, но нейните основни принципи са прости. И веднъж разбрано, заплитането отваря пътя към по-добро разбиране на концепции като многото светове в квантовата теория.

Очарователна аура на мистерия обгръща концепцията за квантовото заплитане, както и (някак си) свързаното изискване на квантовата теория, че трябва да има „много светове“. И все пак, в основата си това са научни идеи с приземен смисъл и конкретни приложения. Бих искал да обясня понятията за заплитане и много светове толкова просто и ясно, колкото ги познавам.

аз

Смята се, че заплитането е феномен, уникален за квантовата механика, но не е така. Всъщност може да е по-разбираемо като начало (въпреки че това е необичаен подход) да разгледаме проста, неквантова (класическа) версия на заплитането. Това ще ни позволи да отделим тънкостите, свързани със самото заплитане, от другите странности на квантовата теория.

Заплитането възниква в ситуации, в които имаме частична информация за състоянието на две системи. Например два обекта могат да станат наши системи – нека ги наречем каони. "K" ще означава "класически" обекти. Но ако наистина искате да си представите нещо конкретно и приятно, представете си, че това са торти.

Нашите каони ще имат две форми, квадратна или кръгла, и тези форми ще показват техните възможни състояния. Тогава четирите възможни съвместни състояния на двата каона ще бъдат: (квадрат, квадрат), (квадрат, кръг), (кръг, квадрат), (кръг, кръг). Таблицата показва вероятността системата да бъде в едно от четирите изброени състояния.

Ще кажем, че каоните са „независими“, ако знанието за състоянието на единия от тях не ни дава информация за състоянието на другия. И тази маса има такова свойство. Ако първият каон (торта) е квадратен, ние все още не знаем формата на втория. Обратно, формата на второто не ни казва нищо за формата на първото.

От друга страна, ще кажем, че два каона са заплетени, ако информацията за единия от тях подобрява познанията ни за другия. Втората таблетка ще ни покаже силно объркване. В този случай, ако първият каон е кръгъл, ще знаем, че вторият също е кръгъл. И ако първият каон е квадратен, тогава вторият ще бъде същият. Познавайки формата на единия, можем недвусмислено да определим формата на другия.

Квантовият вариант на заплитането изглежда по същество същият – това е липса на независимост. В квантовата теория състоянията се описват от математически обекти, наречени вълнови функции. Правилата, които съчетават вълнови функции с физически възможности, пораждат много интересни усложнения, които ще обсъдим по-късно, но основната концепция на заплетеното знание, която демонстрирахме за класическия случай, остава същата.

Въпреки че браунитата не могат да се считат за квантови системи, заплитането в квантовите системи се случва естествено, например след сблъсъци на частици. На практика незаплетените (независими) състояния могат да се считат за редки изключения, тъй като между тях възникват корелации, когато системите взаимодействат.

Помислете например за молекулите. Те се състоят от подсистеми - по-специално електрони и ядра. Минималното енергийно състояние на една молекула, в което тя обикновено съществува, е силно заплетено състояние на електрони и ядро, тъй като подреждането на тези съставни частици няма да бъде независимо по никакъв начин. Когато ядрото се движи, електронът се движи с него.

Да се ​​върнем към нашия пример. Ако запишем Φ■, Φ● като вълнови функции, описващи система 1 в нейните квадратни или кръгли състояния и ψ■, ψ● за вълнови функции, описващи система 2 в нейните квадратни или кръгли състояния, тогава в нашия работен пример всички състояния могат да бъдат описани, Как:

Независим: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Заплетено: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

Независимата версия може да бъде написана и като:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Обърнете внимание как в последния случай скобите ясно разделят първата и втората система на независими части.

Има много начини за създаване на заплетени състояния. Единият е да измерите съставна система, която ви дава частична информация. Човек може да научи например, че две системи са се съгласили да бъдат от една и съща форма, без да знаят коя форма са избрали. Тази концепция ще стане важна малко по-късно.

По-честите ефекти на квантовото заплитане, като ефектите на Айнщайн-Подолски-Розен (EPR) и ефектите на Грийнберг-Хорн-Сейлингер (GHZ), възникват от взаимодействието му с друго свойство на квантовата теория, наречено принцип на допълване. За да обсъдим EPR и GHZ, нека първо ви представя този принцип.

До този момент сме си представяли, че каоните се предлагат в две форми (квадратна и кръгла). Сега нека си представим, че те също се предлагат в два цвята - червено и синьо. Като се имат предвид класически системи като торти, това допълнително свойство би означавало, че каонът може да съществува в едно от четири възможни състояния: червен квадрат, червен кръг, син квадрат и син кръг.

Но квантовите торти са квантони... Или квантони... Те се държат съвсем различно. Фактът, че един квантон в някои ситуации може да има различни форми и цветове, не означава непременно, че той едновременно има форма и цвят. Всъщност здравият разум, който Айнщайн изисква от физическата реалност, не съответства на експерименталните факти, както скоро ще видим.

Можем да измерим формата на квантон, но по този начин ще загубим цялата информация за цвета му. Или можем да измерим цвета, но да загубим информация за формата му. Според квантовата теория не можем да измерваме формата и цвета едновременно. Ничие виждане за квантовата реалност не е пълно; трябва да вземем предвид много различни и взаимно изключващи се картини, всяка от които има своя собствена непълна картина на случващото се. Това е същността на принципа на комплементарността, както е формулиран от Нилс Бор.

В резултат на това квантовата теория ни принуждава да бъдем внимателни при приписването на свойства на физическата реалност. За да избегнем противоречия, трябва да признаем, че:

Едно свойство не съществува, освен ако не е измерено.
Измерването е активен процес, който променя измерваната система

II

Сега ще опишем две примерни, но не класически, илюстрации на странностите на квантовата теория. И двете са тествани в строги експерименти (в реални експерименти хората измерват не формите и цветовете на тортите, а ъгловите моменти на електроните).

Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Розен (EPR) описаха изненадващ ефект, който възниква, когато две квантови системи се заплитат. EPR ефектът съчетава специална, експериментално постижима форма на квантово заплитане с принципа на допълване.

EPR двойка се състои от два квантона, всеки от които може да бъде измерен във форма или цвят (но не и двата едновременно). Да предположим, че имаме много такива двойки, всички еднакви, и можем да избираме какви измервания да правим на техните компоненти. Ако измерим формата на един член от EPR двойка, е еднакво вероятно да получим квадрат или кръг. Ако измерваме цвят, е еднакво вероятно да получим червено или синьо.

Интересни ефекти, които изглеждаха парадоксални за EPR, възникват, когато измерваме и двата члена на двойката. Когато измерваме цвета на двата члена или тяхната форма, откриваме, че резултатите винаги са еднакви. Тоест, ако открием, че единият от тях е червен и след това измерим цвета на втория, ние също откриваме, че е червен - и така нататък. От друга страна, ако измерим формата на едното и цвета на другото, не се наблюдава корелация. Тоест, ако първият е квадрат, тогава вторият може да бъде син или червен с еднаква вероятност.

Според квантовата теория ще получим такива резултати, дори ако двете системи са разделени от огромно разстояние и измерванията се извършват почти едновременно. Изборът на тип измерване на едно място изглежда влияе върху състоянието на системата на друго място. Това „плашещо действие от разстояние“, както го нарича Айнщайн, очевидно изисква предаване на информация – в нашия случай, информация за извършвано измерване – по-бързо от скоростта на светлината.

Но дали е така? Докато не разбера какви резултати имаш, не знам какво да очаквам. Получавам полезна информация, когато знам вашия резултат, а не когато правите измерване. И всяко съобщение, съдържащо резултата, който получавате, трябва да бъде предадено по някакъв физически начин, по-бавен от скоростта на светлината.

При по-нататъшно проучване парадоксът се срива още повече. Нека разгледаме състоянието на втората система, ако измерването на първата даде червен цвят. Ако решим да измерим цвета на втория квантон, ще получим червено. Но по принципа на допълването, ако решим да измерим формата му, когато е в "червено" състояние, имаме равен шанс да получим квадрат или кръг. Следователно резултатът от EPR е логически предопределен. Това е просто повторение на принципа на допълване.

Няма парадокс в това, че далечните събития са корелирани. В крайна сметка, ако поставим една от две ръкавици от чифт в кутии и ги изпратим до различни краища на планетата, не е изненадващо, че като погледна в една кутия, мога да определя за коя ръка е предназначена другата ръкавица. По същия начин, във всички случаи, корелацията на EPR двойки трябва да бъде записана върху тях, когато са наблизо, така че да могат да издържат на последващо разделяне, сякаш имат памет. Странността на парадокса на EPR не е във възможността за самата корелация, а във възможността за нейното запазване под формата на добавки.

III

Даниел Грийнбергер, Майкъл Хорн и Антон Зейлингер откриха друг красив пример за квантово заплитане. Той включва три от нашите квантони, които са в специално подготвено заплетено състояние (GHZ-състояние). Ние разпространяваме всеки от тях на различни отдалечени експериментатори. Всеки от тях избира независимо и на случаен принцип дали да измери цвят или форма и записва резултата. Експериментът се повтаря много пъти, но винаги с три квантона в състояние GHZ.

Всеки отделен експериментатор получава произволни резултати. Измервайки формата на квантон, той получава с еднаква вероятност квадрат или кръг; когато измервате цвета на квантон, е еднакво вероятно той да бъде червен или син. Дотук всичко е обикновено.

Но когато експериментаторите се събират и сравняват резултатите, анализът показва изненадващ резултат. Да кажем, че наричаме квадратната форма и червения цвят „добри“, а кръговете и синия цвят „зли“. Експериментаторите установяват, че ако двама от тях решат да измерят формата, а третият реши да измери цвета, тогава или 0, или 2 от измерванията са „лоши“ (т.е. кръгли или сини). Но ако и трите решат да измерят цвят, тогава или 1, или 3 измерения са зли. Това е, което квантовата механика предсказва и точно това се случва.

Въпрос: Четно или нечетно е количеството зло? И двете възможности се реализират в различни измерения. Трябва да изоставим този въпрос. Няма смисъл да се говори за количеството зло в една система, без да се свърже с това как се измерва. И това води до противоречия.

Ефектът GHZ, както го описва физикът Сидни Коулман, е „шамар в лицето от квантовата механика“. Той разрушава конвенционалните, емпирични очаквания, че физическите системи имат предварително определени свойства, независимо от тяхното измерване. Ако това беше така, тогава балансът на доброто и злото нямаше да зависи от избора на видове измервания. След като приемете съществуването на ефекта GHZ, няма да го забравите и хоризонтите ви ще се разширят.

IV

Засега обсъждаме как заплитането ни пречи да присвоим уникални независими състояния на множество квантони. Същото разсъждение се отнася за промените в един квантон, които се случват с течение на времето.

Говорим за „заплетени истории“, когато е невъзможно на дадена система да бъде присвоено определено състояние във всеки момент от времето. Точно както при традиционното заплитане изключваме възможности, можем да създаваме заплетени истории, като правим измервания, които събират частична информация за минали събития. В най-простите заплетени истории имаме един квантон, който изучаваме в два различни момента във времето. Можем да си представим ситуация, в която определяме, че формата на нашия квантон е била квадратна и двата пъти, или кръгла и двата пъти, но и двете ситуации остават възможни. Това е временна квантова аналогия с най-простите версии на заплитане, описани по-рано.

Използвайки по-сложен протокол, можем да добавим малко допълнителни подробности към тази система и да опишем ситуации, които задействат свойството „много светове“ на квантовата теория. Нашият квантон може да бъде приготвен в червено състояние и след това измерен и получен в синьо. И както в предишните примери, не можем постоянно да присвоим на квантон свойството цвят в интервала между две измерения; Тя няма определена форма. Такива истории осъзнават, по ограничен, но напълно контролиран и прецизен начин, интуицията, присъща на картината на множеството светове на квантовата механика. Едно състояние може да бъде разделено на две противоречиви исторически траектории, които след това отново се свързват.

Ервин Шрьодингер, основателят на квантовата теория, който беше скептичен относно нейната коректност, подчерта, че еволюцията на квантовите системи естествено води до състояния, измерването на които може да даде изключително различни резултати. Неговият мисловен експеримент с "котката на Шрьодингер" постулира, както знаем, квантовата несигурност, взета до нивото на влияние върху котешката смъртност. Преди измерване е невъзможно да се припише свойството живот (или смърт) на котка. И двете, или нито една от тях, съществуват заедно в отвъдния свят на възможностите.

Всекидневният език не е подходящ за обяснение на квантовата комплементарност, отчасти защото ежедневният опит не я включва. Практичните котки взаимодействат с околните молекули на въздуха и други обекти по напълно различни начини, в зависимост от това дали са живи или мъртви, така че на практика измерването се извършва автоматично и котката продължава да живее (или не живее). Но историите описват квантоните, които са котетата на Шрьодингер, с объркване. Тяхното пълно описание изисква да разгледаме две взаимно изключващи се траектории на свойства.

Контролираното експериментално внедряване на заплетени истории е деликатно нещо, тъй като изисква събирането на частична информация за квантоните. Конвенционалните квантови измервания обикновено събират цялата информация наведнъж - определяйки точна форма или точен цвят, например - вместо да получават частична информация няколко пъти. Но може да се направи, макар и с изключителни технически трудности. По този начин можем да придадем определено математическо и експериментално значение на разширяването на концепцията за „много светове“ в квантовата теория и да демонстрираме нейната реалност.

Какво е квантово заплитане с прости думи? Телепортация - възможно ли е? Експериментално доказана ли е възможността за телепортация? Какъв е кошмарът на Айнщайн? В тази статия ще получите отговори на тези въпроси.

Често срещаме телепортация в научно-фантастични филми и книги. Чудили ли сте се някога защо това, което са измислили писателите, в крайна сметка става наша реалност? Как успяват да предскажат бъдещето? Мисля, че това не е случайно. Писателите на научна фантастика често имат задълбочени познания по физика и други науки, които, съчетани с тяхната интуиция и изключително въображение, им помагат да изградят ретроспективен анализ на миналото и да симулират бъдещи събития.

От статията ще научите:

• Какво е квантовото заплитане?

Концепция "квантово заплитане"възникна от теоретично предположение, произтичащо от уравненията на квантовата механика. Това означава следното: ако 2 квантови частици (те могат да бъдат електрони, фотони) се окажат взаимозависими (заплетени), тогава връзката остава, дори ако те са разделени в различни части на Вселената

Откриването на квантовото заплитане донякъде обяснява теоретичната възможност за телепортация.

Накратко, тогава завъртанена квантова частица (електрон, фотон) се нарича собствен ъглов момент. Спинът може да бъде представен като вектор, а самата квантова частица като микроскопичен магнит.

Важно е да се разбере, че когато никой не наблюдава квант, например електрон, тогава той има всички стойности на спина едновременно. Тази фундаментална концепция на квантовата механика се нарича „суперпозиция“.

Представете си, че вашият електрон се върти по часовниковата стрелка и обратно на часовниковата стрелка едновременно. Тоест, той е в двете състояния на въртене едновременно (векторно въртене нагоре/векторно въртене надолу). Въведени? ДОБРЕ. Но щом се появи наблюдател и измери състоянието му, електронът сам определя кой вектор на въртене да приеме – нагоре или надолу.

Искате ли да знаете как се измерва въртенето на електрони?Той е поставен в магнитно поле: електрони със спин, противоположен на посоката на полето, и със спин в посока на полето, ще бъдат отклонени в различни посоки. Завъртанията на фотоните се измерват чрез насочването им в поляризационен филтър. Ако спинът (или поляризацията) на фотона е "-1", тогава той не преминава през филтъра, а ако е "+1", тогава преминава.

Резюме.След като сте измерили състоянието на един електрон и сте определили, че спинът му е „+1“, тогава електронът, свързан или „заплетен“ с него, приема стойност на спин „-1“. И то мигновено, дори да е на Марс. Въпреки че преди измерване на състоянието на втория електрон, той имаше и двете стойности на въртене едновременно („+1“ и „-1“).

Този парадокс, доказан математически, не харесва много Айнщайн. Защото противоречи на откритието му, че няма скорост, по-голяма от скоростта на светлината. Но концепцията за заплетените частици се доказа: ако една от заплетените частици е на Земята, а втората е на Марс, тогава първата частица, в момента на измерване на нейното състояние, моментално (по-бързо от скоростта на светлината) се предава на Информация за 2-ра частица каква е стойността на въртене, която трябва да приеме. А именно: обратното значение.

Спорът на Айнщайн с Бор. Кой е прав?

Айнщайн нарича „квантовото заплитане“ SPUCKHAFTE FERWIRKLUNG (немски) или плашещо, призрачно, свръхестествено действие от разстояние.

Айнщайн не е съгласен с интерпретацията на Бор за квантово заплитане на частиците. Защото то противоречи на теорията му, че информацията не може да се предава със скорост повече скоростСвета.През 1935 г. той публикува статия, описваща мисловен експеримент. Този експеримент е наречен "Парадоксът на Айнщайн-Подолски-Розен".

Айнщайн се съгласи, че свързаните частици могат да съществуват, но излезе с различно обяснение за мигновения трансфер на информация между тях. Той каза "заплетени частици" по-скоро като чифт ръкавици.Представете си, че имате чифт ръкавици. Слагате левия в единия куфар, а десния във втория. Изпратихте първия куфар на приятел, а втория на Луната. Когато приятелят получи куфара, той ще знае, че куфарът съдържа лява или дясна ръкавица. Когато отвори куфара и види, че в него има лява ръкавица, той веднага ще разбере, че на Луната има дясна ръкавица. И това не означава, че приятелят е повлиял на факта, че лявата ръкавица е в куфара и не означава, че лявата ръкавица незабавно предава информация на дясната. Това означава само, че свойствата на ръкавиците първоначално са били същите от момента, в който са били разделени. Тези. заплетените квантови частици първоначално съдържат информация за техните състояния.

И така, кой беше прав Бор, когато вярваше, че свързаните частици предават информация една на друга моментално, дори ако са разделени на огромни разстояния? Или Айнщайн, който вярваше, че няма свръхестествена връзка и всичко е предопределено много преди момента на измерване.

Този дебат се премести в полето на философията за 30 години. Разрешен ли е спорът оттогава?

Теорема на Бел. Разрешен ли е спорът?

Джон Клаузър, докато все още е аспирант в Колумбийския университет, открива забравена работаИрландският физик Джон Бел. Беше сензация: оказва се Бел успява да преодолее задънената улица между Бор и Айнщайн.. Той предложи експериментално тестване на двете хипотези. За да направи това, той предложи изграждането на машина, която да създава и сравнява много двойки заплетени частици. Джон Клаузър започва да разработва такава машина. Неговата машина може да създаде хиляди двойки заплетени частици и да ги сравни според различни параметри. Експерименталните резултати доказват, че Бор е прав.

И скоро френският физик Ален Аспе провежда експерименти, един от които засяга самата същност на спора между Айнщайн и Бор. В този експеримент измерването на една частица може директно да повлияе на друга само ако сигналът от 1-ва до 2-ра премине със скорост, надвишаваща скоростта на светлината. Но самият Айнщайн доказа, че това е невъзможно. Оставаше само едно обяснение – необяснима, свръхестествена връзка между частиците.

Експерименталните резултати доказаха, че теоретичното предположение на квантовата механика е правилно.Квантовото заплитане е реалност ( Уикипедия за квантово заплитане). Квантовите частици могат да бъдат свързани въпреки огромните разстояния.Измерването на състоянието на една частица засяга състоянието на втората частица, разположена далеч от нея, сякаш разстоянието между тях не съществува. Свръхестествената комуникация на дълги разстояния действително се случва.

Остава въпросът възможна ли е телепортация?

Телепортацията потвърдена ли е експериментално?

Още през 2011 г. японски учени първи в света телепортираха фотони! Светлинен лъч моментално беше преместен от точка А до точка Б.

Ако искате всичко, което сте прочели за квантовото заплитане, да бъде подредено за 5 минути, гледайте това прекрасно видео.

Ще се видим скоро!

Желая на всички интересни, вдъхновяващи проекти!

P.S. Ако статията е била полезна и разбираема за вас, не забравяйте да я споделите.

P.S. Напишете вашите мисли и въпроси в коментарите. Какви други въпроси относно квантовата физика ви интересуват?

P.S. Абонирайте се за блога - форма за абонамент под статията.