Ликбез: квантовая запутанность

Любовь Соковикова Около 100 лет назад ученые впервые задумались о природе некоторых необычных свойств света. Например, света, исходящего от газов, когда их нагревают в пробирке. Если посмотреть на этот свет сквозь призму, можно заметить кое-что необычное.
Не спектр, в котором цвета плавно переходят один в другой, отражаясь в хрустальном бокале, а отчетливые линии, цвета которых не смешиваются, как в радуге. Речь идет о вертикальных лучах света, похожих на карандаши каждый своего цвета. Однако объяснить столь странное свойство света ученые не могли. Поиски ответов безуспешно продолжались, пока физик Нильс Бор в начале ХХ века не выдвинул самую невероятную и фантастическую гипотезу. Бор был убежден, что разгадка отчетливых линий кроется в самом сердце материи структуре атома.
Если нагреть газ в пробирке и посмотреть на исходящий от него свет через призму, вы увидите непересекающиеся вертикальные линии

Фантастическая гипотеза

По мнению ученого атомы напоминают крошечные модели Солнечной системы, так как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам. Но электроны, в отличие от планет, двигаются по одной определенной орбите и ни по какой другой. Бор утверждал, что когда атом нагревается, электроны приходят в движение и перескакивают с одной орбиты на другую. При этом, каждый скачок сопровождается выбросом энергии в форме света с определенной длиной волны. Вот откуда взялись те странные вертикальные линии и понятие квантовый скачок .
В документальном фильме National Geographic о квантовой теории, физик Брайан Грин рассказывает об удивительных свойствах квантового скачка, которые заключаются в том, что электрон перемещается с одной орбиты сразу на другую, будто бы не пересекая пространство между ними. Как если бы Земля в одно мгновенье поменялась орбитами с Марсом или Юпитером. Бор считал, что из-за странных свойств электронов в атоме, они излучают энергию определенными, неделимыми порциями, которые называются кванты. Именно поэтому электроны могут двигаться строго по определенным орбитам и могут находиться либо в одной точке, либо в другой, но никак не посередине. В повседневной жизни мы не сталкиваемся ни с чем подобным.

Если бы бейсбольный мяч оказался в двух местах одновременно, мы могли бы поверить, что нас обманывает волшебник. Но в квантовой механике наличие частицы в двух местах одновременно это именно то, что заставляет нас считать эксперимент истинным.

При нагреве атомов электроны начинают перескакивать с одной орбиты на другую
Каким бы невероятным ни казалось предположение Бора, физики довольно быстро нашли большое количество доказательств в пользу его теории электроны действительно ведут себя по совершенно иным законам, нежели планеты Солнечной системы или шарики для пинг-понга. Открытие Бора и его коллег, однако, противоречило общеизвестным законам физики и вскоре привело к столкновению с идеями, высказанными Альбертом Эйнштейном.

Квантовая запутанность

Эйнштейн не мог смириться с неопределенностью Вселенной, вытекающей из квантовой механики. Физик считал, что объект существует не только когда за ним наблюдают (как утверждал Нильс Бор), но и все остальное время. Ученый писал: Мне хочется верить, что Луна светит даже когда я на нее не смотрю . Сама мысль о том, что реальность Вселенной определяется когда мы открываем и закрываем глаза казалась ему немыслимой. По мнению Эйнштейна квантовой теории не хватало чего-то, что описало бы все свойства частиц, в том числе их местонахождение даже в тот момент, когда за ними не наблюдают. И в 1935 году Эйнштейну показалось, что он нашел слабое место квантовой механики. Это было невероятно странное явление, противоречащее всем логическим представлениям о Вселенной квантовая запутанность.
Квантовая запутанность это теоретическое предположение вытекающее из уравнений квантовой механики, согласно которому две частицы могут запутаться, если находятся довольно близко друг к другу. Их свойства при этом становятся взаимосвязанными.
Но даже если разделить эти частицы и отправить в разные концы света, как предлагает квантовая механика, они все равно могут остаться запутанными и неразрывно связанными. Эйнштейну такая связь между частицами казалась невозможной, он так ее и назвал сверхъестественная связь на расстоянии . Ученый допускал, что запутанные частицы могут существовать, но считал, что никакой сверхъестественной связи на расстоянии нет. Напротив, все предопределено задолго до момента измерения.
Допустим, кто-то взял пару перчаток, разделил их и положил каждую в отдельный чемодан. Затем один чемодан отправили вам, а второй в Антарктиду. До того момента, пока чемоданы закрыты, вы не знаете, какая из перчаток там лежит. Но открыв чемодан и обнаружив в нем левую перчатку, мы со 100% уверенностью узнаем, что в чемодане в Антарктиде лежит правая перчатка, даже если в него никто не заглядывал

Нильс Бор, в свою очередь, полагался на уравнения, доказывающие, что частицы ведут себя как два колеса, которые могут мгновенно связать случайные результаты своего вращения, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга. Так кто же прав?

Определить, действительно ли между запутанными частицами существует сверхъестественная связь как между вращающимися колесами, или же никакой связи нет и свойства частиц предопределены заранее, как в случае с парой перчаток, удалось физику Джону Белл. С помощью сложных математических вычислений Белл показал, что если сверхъестественной связи нет, то квантовая механика неверна. Однако физик-теоретик также доказал, что вопрос можно решить, построив машину, которая создавала и сравнивала бы много пар запутанных частиц.
Основываясь на инструкциях Белла физик, специалист по квантовой механике Джон Клаузер собрал машину, способную проделывать эту работу. Машина Клаузера могла измерять тысячи пар запутанных частиц и сравнивать их по очень многим параметрам. Полученные результаты заставили ученого думать, что он допустил ошибку. Вскоре французский физик Ален Аспе подобрался к самой сути спора Эйнштейна и Бора.

Ален Аспе французский физик, специалист по квантовой оптике, теории скрытых параметров и квантовой запутанности

В опыте Аспе измерение одной частицы могло прямо повлиять на другую только в случае, если сигнал от первой частицы ко второй прошел бы со скоростью, превышающей скорость света. Что, как мы знаем, невозможно. Таким образом оставалось только одной объяснение сверхъестественная связь. Более того, проведенные эксперименты доказали, что математическая основа квантовой механики верна.
Запутанность квантовых состояний это реальность.
Выходит, квантовые частицы могут быть связаны несмотря на огромные расстояния, а измерение одной частицы действительно может повлиять на ее далекую пару, как если бы пространства между ними никогда не существовало. Но ответить на вопрос о том как работает эта связь сегодня не может никто.

Интересна статья?

0 комментариев *

  1. Демокрит     #1     +1  

    Виктор , в настоящее время и ближайшее будущее время абсолютно всё объяснимо четырьмя словами - НА ВСЁ ВОЛЯ БОЖЬЯ !

    ответить  
  2. Демокрит     #2     0  

    Всё просто - Бор не был идиотом , но его утверждения есть прямой 100% идиотизм .

    ответить  
  3. Козлов Виктор     #3     +1  

    Просто это как раз та вещь, в которой я НИЧЕГО НЕ ПОНИМАЮ. Купился на заголовок - разместил, чтобы потом не искать, будет время, попробую прочитать, может чего и пойму.

    ответить  
  4. Демокрит     #4     0  

    Виктор ! Вы понимаете больше многих других и поверьте , этого более чем достаточно . А что касается скорости света , то есть много обходных путей преодолеть её во столько раз , во сколько будет нужно ! Включая манипуляции с пространством и временем . Как мы знаем со школы , свет пробегает за секунду времени почти 300 000 км пространства .

    ответить  
  5. Козлов Виктор     #6     0  

    Бор был большим шутником. Я подозреваю, что часть его заявлений просто шутки, вот и хочу в этом разобраться. У меня впечатление, что вся эта запутанность, на которую сейчас тратят большие деньги, просто афера. Ну вот не понимаю я, как в принципе вот эта запутанность может помочь взламывать шифры.

    ответить  
  6. Демокрит     #8     0  

    И с пудом всё относительно , вес и масса не едины на Земле и Луне . Абсолютна только непорядочность нашего президента .

    ответить  
  7. Демокрит     #9     0  

    В нашей раше и УК более чем относителен по степени близости или удалённости по отношению к ворам и жуликам путина . А вообще физика и наша раша понятия несовместимые в принципе , как голова и жопа .

    ответить  
  8. Демокрит     #10     0  

    Всё очень просто . Когда то я в компании с местным крупным вором(предпринимателем , он был мужем моей одноклассницы - двоечницы) не смог получить пайковой уголь - 3,75 тонны и тот же вор сам сильно удивился!!! Ведь несколько вагонов или даже эшелонов угля он получал даже не приезжая на шахту , по звонку телефона !!! Видимо количество имело значение для всех получателей выгоды , со стороны воровских структур ещё ельцинского государства . Что уж говорить о путинском .

    ответить  
  9. Демокрит     #11     +1  

    Виктор , а Вы замечали, что как только выпадает снег- начинается эпическая битва людей и машин! Снегоочистители отбрасывают снег на обочину, на которой сразу появляются люди и лопатами бросают снег обратно на дорогу! - вот и всё , что нужно знать о науке , логике и здравом смысле в нашей раше .

    ответить  
  10. Вальтер Босс     #12     0  

    Виктор, у меня нет информации, может Вы знаете: квантовый компьютер уже создан ? Или до сих пор идёт борьба? Ведь это серьёзнейшая проблема,хотя выглядит никчемной

    ответить  
  11. Демокрит     #14     0  

    Вальтер , вопрос надо адресовать развитым странам . И совсем не никчёмная эта проблема . Уже десятки лет вычислительные возможности ЦП ведущих и домашних компов ограничивает как раз медленная скорость электромагнитных волн(света) . Наука и физика упёрлись в непреодолимую пока физическую стену . Увы .

    ответить  
  12. Козлов Виктор     #15     0  

    Насколько помню по сообщениям в инете, создали нечто на несколько разрядов (6-8, может больше, давно информации не попадалось), что-то пробуют. там ведь совсем иные принципы обработки информации (как раз их то я и не понимаю), соответственно нужно совсем другое программное обеспечение. Идет отработка принципов, подходов, определяют, где всё это можно использовать. Я бы назвал это макетом. Но так как заявленная область применения - взламывание шифров, разработки могут быть засекречены. Возможно в этой области продвинулись куда дальше, чем я думаю.

    Как-то так.

    ответить