Квантово заплитане - човешко тяло - себепознание - каталог от статии - безусловна любов. Какво е квантовото заплитане? Същността с прости думи

Отнася се за "Теория на Вселената"

квантово заплитане

В интернет има толкова много добри статии, които спомагат за развитието на адекватни представи за „заплетени състояния“, че остава да се направят най-подходящите подбори, като се изгради нивото на описание, което изглежда приемливо за светогледен сайт.

Предмет на статията: много хора са близо до идеята, че всички очарователни странности на заплетените състояния могат да бъдат обяснени по този начин. Смесваме черни и бели топки, без да гледаме ги опаковаме 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 е бяла. Това е всичко:)

Целта на статията не е строго потапяне във всички характеристики на разбирането на "заплетените състояния", а компилирането на система от общи идеи, с разбиране на основните принципи. Така трябва да е всичко :)

Нека веднага зададем определящия контекст. Когато експертите (а не дискутиращите, които са далеч от тази специфика, дори и да са учени в някои отношения) говорят за преплитането на квантовите обекти, те нямат предвид, че то образува единно цяло с някаква връзка, а че един обект стават квантови характеристики, абсолютно същите като другите (но не всички, а тези, които позволяват идентичност в двойка според закона на Паули, така че въртенето на заплетена двойка не е идентично, а взаимно допълващо се). Тези. това не е никаква връзка и никакъв процес на взаимодействие, дори ако може да се опише с обща функция. Това е характеристика на състояние, което може да бъде „телепортирано“ от един обект в друг (между другото, и тук погрешното тълкуване на думата „телепорт“ също е често срещано). Ако не вземете решение за това веднага, тогава 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 има предвид под „объркване“.

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

Освен това тази връзка не зависи нито разстояние, нито време: ако два обекта са били "объркани", 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 при измерване на двата обекта, такова измерване могат 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 трудна за разбиране в този случай и възниква следният въпрос: може ли законът за вероятността за изпадане от измервания параметър (който се описва от вълновата функция) да бъде такъв, че неравенството не е нарушено във всеки един от краищата, а с обща статистика от двата края - беше нарушено - и без никаква връзка, разбира се, с изключение на връзката чрез акт на общо възникване.

Ще дам отговор предварително: да, може би, 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 всяко.

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

Представете си бързо въртящо се колело на велосипед. Има червен страничен рефлекторен диск, прикрепен към него някъде, но виждаме само по-плътна сянка на размазването в тази област. Вероятността, че като поставите пръчка в колелото, рефлекторът ще спре в определена позиция далеч от пръчката, се определя просто: една пръчка - една позиция. Сънем две пръчки, но само тази, която се появи малко по-рано, ще спре колелото. Ако се опитаме да залепим клечките напълно едновременно, като се постигне, че няма време между краищата на пръчката в контакт с колелото, тогава ще се появи известна несигурност. В "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 (поляризацията - разпространението на електрическо смущение) е равна на граничната скорост, с която изобщо може да се разпространява нещо 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 може да се реализира между две точки на разпространение на това смущение, няма време за него. Това означава, че смущението може да взаимодейства с всякакви други "пръчки", които го засягат, без да губи време - едновременно. И вероятността какъв резултат ще бъде получен в определена точка в пространството по време на взаимодействието трябва да се изчисли чрез вероятността, която взема предвид този релативистичен ефект: Поради факта, че няма време за един електрон, той не е в състояние да избира най-малката разлика между двете "стикове" по време на взаимодействието с тях и го прави едновременноот собствената си "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 между описанията на вероятностите в класиката и квантите: квантовите корелации са "по-силни" от класическите. Ако резултатът от падането на монета зависи от много влияещи фактори, но като цяло те са еднозначно определени по такъв начин, че трябва само да се направи точна машина за хвърляне на монети и те ще паднат по същия начин, тогава случайността " изчезна“. Ако обаче направим 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, а това е детерминизъм от съвсем различен вид, отколкото в класиката. Но това също е детерминизъм; тя винаги е изчислима, възпроизводима, само със сингулярност, описана от вълновата функция. В същото време такъв квантов детерминизъм се отнася само до холистично описание на квантовата вълна. Но поради липсата на собствено време за един квант, той взаимодейства абсолютно случайно, т.е. няма критерий, който да предскаже предварително резултата от измерването на съвкупността от неговите параметри. В това значение на e (в класическия възглед) то е абсолютно недетерминирано.

Електронът наистина и наистина съществува под формата на статична формация (а не точка, въртяща се в орбита) - стояща вълна на електрическо смущение, в което има още един релативистичен ефект: перпендикулярно на основната равнина на "разпространение" (тя ясно е защо в кавички :) електрическо полеима и статична област на поляризация, която може да повлияе на същата област на друг електрон: магнитният 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 съществува сам по себе си без електрически. И ако в електрически неутрален атом електрическите заряди се компенсират от зарядите на ядрата, тогава магнитните могат да бъдат ориентирани в една посока и ще получим магнит. За по-задълбочено разбиране на това - в статията .

Посоката, в която е насочен магнитният момент на електрона, се нарича спин. Тези. спин - проявление на метода за наслагване на електрическа деформационна вълна върху себе си с образуването на стояща вълна. Числената стойност на спина съответства на характеристиката на суперпозицията на вълната върху себе си.За електрон: +1/2 или -1/2 (знакът символизира посоката на страничното изместване на поляризацията - "магнитната" вектор).

Ако има един електрон на външния електронен слой на атома и внезапно към него се присъедини друг (образуване ковалентна връзка), тогава те, като два магнита, веднага влизат в позиция 69, образувайки сдвоена конфигурация с енергия на връзката, която трябва да бъде прекъсната, за да се разделят тези електрони отново. Общото завъртане на такава двойка е 0.

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

За да заредите идеи за квантовите заплитания, предлагам да прочетете популярна и кратка статия от Алексей Левин: Страст в далечината . Моля, последвайте връзката и прочетете, преди да продължите :)

И така, специфични параметри на измерване се реализират само по време на измерване, а преди това те съществуваха под формата на разпределение на вероятностите, което представляваше статиката на релативистичните ефекти на динамиката на разпространение на поляризацията на микрокосмоса, видима за макрокосмоса. Да се разбере същността на случващото се в квантовия свят означава да се проникне в проявленията на такива релативистични ефекти, които всъщност придават на квантовия обект свойствата да бъдеш 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 макро статистиката, в квантова статистикавъзможно е да се запазят такива корелации за обекти, разделени в пространството и времето и предварително координирани по параметри. Това се проявява в статистиката за изпълнение на неравенствата на Бел.

Каква е разликата между вълновата функция (нашето абстрактно описание) на незаплетени електрони на два водородни атома (въпреки факта, че нейните параметри ще бъдат общоприети квантови числа)? Нищо, освен че въртенето на несдвоения електрон е произволно, без да се нарушават неравенствата на Бел. В случай на образуване на сдвоена сферична орбитала в атома на хелия 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 от времето - траекторията. И това изобщо не означава, че функцията е разпръсната в пространството, просто защото вероятността за намиране на обект става нула на известно разстояние от него и нищо не остава назад, което да показва вероятността за намиране на електрон. Това е още по-очевидно в случай, че двойката е отдалечена във времето. Тези. има два локални и независими дескриптора на частици, движещи се в противоположни посоки. Въпреки че все още може да се използва един общ дескриптор, това е право на този, който формализира :)

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

В много източници можете да се запознаете подробно с тези явления.

М. Б. Менски пише:

"Една от целите на тази статия... е да обоснове гледната точка, че съществува формулировка на квантовата механика, в която не възникват парадокси и в рамките на която могат да се отговорят на всички въпроси, които физиците обикновено задават. Парадокси възникват само когато изследователят не е доволен от това "физическо" ниво на теория, когато повдига въпроси, които не са приети във физиката, с други думи, когато си позволява 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 двойките EPR, 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 разсъжденията за ролята на съзнанието, съзнателния избор в квантовата механика, Менски се оказва този, който взема " Позволете си да се опитате да отидете отвъд физиката". Това напомня на опити за подход към феномените на психиката. Менски е добър като квантов професионалист, но в механизмите на психиката той, подобно на Пенроуз, е наивен.

Съвсем накратко и условно (само за да се схване същината) за използването на заплетените състояния в квантовата криптография и телепортацията (защото това поразява въображението на благодарните зрители).

И така, криптография. Трябва да изпратите последователността 1001

Ние използваме два канала. На първия стартираме заплетена частица, на втория - информация как да интерпретираме получените данни под формата на един бит.

Да предположим, че има алтернативно възможно състояние на използвания квантов механичен параметър спин в условни състояния: 1 или 0. В този случай вероятността за тяхното изпадане с всяка освободена двойка частици е наистина случайна и не предава никакво значение a.

Първи трансфер. При измерване туксе оказа, че състоянието на частицата е 1. Това означава, че другата има 0. За да сила на звуканакрая, за да получим 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. инфа не се прихваща.

Втори трансфер. Отново излезе състоянието 1. Другото е с 0. Подаваме информация - 0. Събираме, получаваме търсената 0.

Трета предавка. Състоянието тук е 0. Там означава - 1. За да получим 0, пропускаме 0. Събираме, получаваме 0 (в най-младшият бит).

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

Тук в този принцип. Прихващането на информационния канал е безполезно поради напълно некорелирана последователност (криптиране с ключа на състоянието на първата частица). Прихващане на заплетен канал - прекъсва приемането и се засича. Статистиката на предаване от двата края (получаващият край има всички необходими данни за предаващия край) според Bell определя коректността и неприхващането на предаването.

Това е свързано с телепортацията. Няма произволно налагане на състояние на частица, а само прогноза какво ще бъде това състояние след (и само след като) тук частицата е извадена от връзката чрез измерване. И тогава казват, че е имало прехвърляне на квантово състояние с унищожаване на допълващо състояние в началната точка. Получавайки информация за състоянието тук, човек може по един или друг начин да коригира квантовомеханичния параметър, така че да се окаже идентичен с този тук, но вече няма да бъде тук и се говори за изпълнение на забраната при 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 такава 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 мислимо, както понякога се твърди. Това означава, че е необходимо да се работи доста усърдно върху релативистичните представи, които играят решаваща роля в квантовия свят и свързват света на квантите 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 от всеки край, а при обща статистика от двата края да се нарушава . Има много интерпретации за разбиране на това с помощта на спомагателни абстракции. Говорят за едно и също различни езицитакива абстракции. От тях две са най-значимите по отношение на коректността, споделена между носителите на репрезентации. 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 части на Галактиката има две монети, които винаги падат по един и същи начин. Ако регистрирате резултатите от всички хвърляния и след това ги сравните, те ще съвпаднат. Самите капки са произволни, не могат да бъдат повлияни по никакъв начин. Невъзможно е например да се съгласим, че орелът е единица, а опашката е нула и по този начин да предаваме двоичен код. В края на краищата последователността от нули и единици ще бъде произволна в двата края на жицата и няма да носи никакво значение.

Оказва се, че парадоксът има обяснение, 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 едно следствие от тази вече спомената логика: измерванията върху заплетени състояния няма да нарушат относителността и причинността само ако са наистина случайни. Не трябва да има връзка между обстоятелствата на измерването и смущението, нито най-малката закономерност, защото в противен случай би съществувала възможност за мигновено предаване на информация. Така квантовата механика (в копенхагенската интерпретация) и съществуването на заплетени състояния доказват съществуването на индетерминизъм в природата."

В статистическата интерпретация това се показва чрез понятието „статистически ансамбли“ (същото):

От гледна точка на статистическата интерпретация, реалните обекти на изследване в квантовата механика не са единични микрообекти, а статистически ансамбли от микрообекти, които се намират в едни и същи макро условия. Съответно фразата „частицата 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 субансамбъл 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 пуснем върху 1000 листа хартия. Вероятността "орел" да бъде отпечатан върху случайно избран от нас лист е 1/2. Междувременно за листове, върху които монетите лежат "опашки" нагоре, същата вероятност е 1 - тоест имаме възможност косвено да установим естеството на отпечатъка върху хартия, като се гледа 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 би било 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 отношението на неопределеността! С други думи, „парадоксът” на ЕПР всъщност се оказва порочен кръг: той предполага неистинността на опровергания факт.

Вариант със "свръхсветлинен сигнал" от частица Акъм частица 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 ситуация можем да разгледаме ситуацията, когато цветна монета се хвърля върху лист в тъмното, след което листът се издърпва и се заключва в сейф. Вероятността "орел" да бъде отпечатан върху лист е априори 1/2. И фактът, че той веднага се превръща в 1, ако включим светлината и се уверим, че монетата е "опашка" нагоре, изобщо не означава способността на погледа ни да се замъглява, за да повлияе по въображаем начин на заключените в сейфа предмети.

Повече ▼: 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 :

Модалното тълкуване на van Fraassen изхожда от факта, че състоянието на една физическа система се променя само причинно, т.е. в съответствие с уравнението на Шрьодингер обаче това състояние не определя еднозначно стойностите физични величиниоткрити по време на измерването.

Попър дава тук любимия си пример: детски билярд (дъска, облицована 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, една склонност да достигнем до някаква точка в долната част на дъската. Ако фиксирахме топката някъде в средата на дъската, променяхме спецификацията на експеримента и получавахме ново предразположение. Тук напълно се запазва квантово-механичният индетерминизъм: Попър твърди, 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.

Да обобщим фактите

1. Въпреки абсолютната случайност на загубата на параметър при измерване в маса от заплетени двойки частици, последователността се проявява във всяка такава двойка: ако една частица в двойка се окаже със спин 1, тогава другата частица в a двойката има противоположно завъртане. Това е разбираемо по принцип: тъй като в сдвоено състояние не може да има две частици, които имат еднакъв спин в едно и също енергийно състояние, тогава, когато те се разделят, ако последователността се запази, тогава спиновете все още са последователни. Веднага щом се определи въртенето на единия, въртенето на другия ще стане 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 (засега неизвестно), което наистина 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-дълга от празнината. И това е особено ясно осъзнато при описанието на атома, когато електроните на даден атом не могат да имат еднакви параметри във всичко, което е аксиоматично формализирано от принципа на Паули.

На първия, най-близкия слой могат да бъдат намерени 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 свързващата енергия, която трябва да се приложи, за да се разруши тази двойка.

Във второто, по-отдалечено и по-енергийно ниво може да има 4 "орбитали" на два сдвоени електрона под формата на стояща вълна с форма на обемна осмица (p-електрони). Тези. по-висока енергия i заема повече място и позволява няколко свързани двойки да съществуват едновременно. От първия слой, вторият се различава енергийно с 1 възможно дискретно енергийно състояние (повече външни електрони, описващи пространствено по-голям облак, също имат по-висока енергия).

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

Форми на електронни облаци:

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

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

Когато два електрона с различни спиновеединенергийно ниво (въпреки че това принципно не е необходимо: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) двойка, тогава се образува обща "молекулна орбитала" с намалено енергийно ниво поради енергия и свързване. Два водородни атома, всеки от които има несдвоен електрон, образуват общо припокриване на тези електрони - (проста ковалентна) връзка. Докато съществува - наистина два електрона имат обща координирана динамика - обща вълнова функция. Колко дълго? „Температурата“ или нещо друго, което може да компенсира енергията на връзката, я разрушава. Атомите се разлитат, като електроните вече нямат обща вълна, но все още са в взаимно допълващо се състояние на преплитане. Но вече няма връзка :) Тук е моментът, в който вече не си струва да говорим 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 просто означава запазване на способността да се проявява последователна корелация.

Методът за получаване на заплетени електрони чрез тяхното взаимодействие е описан: 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 „отношение на несигурност“ за електроните, тоест да ги „объркате“, трябва да се уверите, че те са идентични във всяко едно отношение, и след това да изстреляте тези електрони към разделителя на лъча (разделителя на лъча). Механизмът "разделя" всеки от електроните, привеждайки ги в квантово състояние на "суперпозиция", в резултат на което електронът ще се движи по един от двата пътя с еднаква вероятност.".

2. Със статистически данни за измерване 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 същност.

Следната малка статия (базирана на идеите, изложени от R. Pnrose) ви позволява да проследите (покажете 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 Uspekhi fizicheskikh nauk: Теорема на Бел без предположението за локалност. Друг труд на А.В.Белински за размисъл от интересуващите се: Теорема на Бел за трихотомни наблюдаеми, както и дискусия с д.ф.-м.с., проф., акад. Валерий Борисович Морозов (общопризнат корифей на форумите на Физическия факултет на FRTK-MIPT и "клубове"), където Морозов предлага за разглеждане и двете от тези 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 да се въвежда каквото и да е действие на дълги разстояния: Моделиране на неравенствата на Бел.

Обръщам внимание на факта, че „Относителността на неравенствата на Бел или новият ум на голия крал“, както и „Теоремата на Бел без предположение за локалност“ в контекста на тази статия не претендират да описват механизма на квантовата механика заплитане. Проблемът е показан 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, посочена в началото: "Възможно е да има модели на класическа локалност, в които неравенствата на Бел са нарушени.". За това - допълнителни разяснения в дискусията.

Ще донеса собствен модел.
„Нарушаването на местния реализъм“ е просто релативистичен ефект.
Никой (нормален) не спори с това, че за система, движеща се с пределната 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 е и тук, и там, колкото и далеч 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, затова. В крайна сметка ние сме съставени от кванти, които са тук и там. За тях скоростта на разпространение на взаимодействието (граничната скорост) е безкрайно висока. Но всички тези безкрайности са различни, както и в различни дължини на сегменти, въпреки че всяка има безкраен брой точки, но съотношението на тези безкрайности дава съотношението на дължините. Така се появяват времето и пространството върху нас.
За нас локалният реализъм е нарушен в експериментите, но не и при квантите.
Но това несъответствие по никакъв начин не влияе на реалността, защото не можем да използваме такава безкрайна скорост на практика. Нито информацията, нито особено материята, се предават безкрайно бързо по време на "квантовата телепортация".
Така че всичко това е шега с релативистични ефекти, нищо повече. Те могат да се използват в квантовата криптография или каквото и да е, нито могат да се използват за реални действия на далечни разстояния.

Разглеждаме визуално същността на това, което показват неравенствата на Бел.
1. Ако ориентацията на измервателните уреди в двата края е една и съща, тогава измерването на въртене в двата края винаги ще бъде обратното.
2. Ако ориентацията на измервателните уреди е противоположна, резултатът ще бъде същият.
3. Ако ориентацията на левия габарит се различава от ориентацията на десния с по-малко от определен ъгъл, тогава точка 1 ще бъде изпълнена 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 Bell.

Тези. при по-малък ъгъл ще получим предимно противоположни стойности на завъртанията, а при по-голям ъгъл - предимно съвпадащи.
Можем да си представим защо това се случва със спина, като имаме 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 премине равнината на въртене на поляризацията).
Ясно е, че чрез изпращане на магнити, които първоначално са били свързани и са запазили взаимната си ориентация при изпращане, ние магнитно полекогато измерваме, ще им въздействаме (обръщайки се в една или друга посока) по същия начин, както се случва при квантовите парадокси.
Ясно е, че при среща с магнитно поле (включително спина на друг електрон), спинът задължително се ориентира в съответствие с него (взаимно противоположно при спина на друг електрон). Следователно те казват, че "ориентацията на въртенето възниква само по време на измерването", но в същото време зависи от първоначалното му положение (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 отделните електрони не се вземат предвид междинните състояния на спина, а само предимно - по дължината на измервателното поле и срещу полето. Примери за методи: , . Струва си да се обърне внимание на датата на усвояване на тези методи, която е по-късна от описаните по-горе експерименти.
Представеният модел, разбира се, е опростен (при квантовите явления въртенето не е точно истинските магнити, въпреки че те осигуряват всички наблюдавани магнитни явления) и не отчита много нюанси. Следователно това не е описание на реално явление, а само показва възможен принцип. И също така показва колко лошо е просто да се доверите на описателния формализъм (формули), без да разбирате същността на случващото се.
В същото време теоремата на Бел е правилна във формулировката от статията на Аспек: „невъзможно е да се намери теория с допълнителен параметър, който да удовлетворява общо описаниекойто възпроизвежда всички предсказания на квантовата механика." и изобщо не във формулировката на Пенроуз: "оказва се, че е невъзможно да се възпроизведат предсказанията на квантовата теория по този начин (неквантов)." модели, с изключение на квантовомеханичен експеримент, нарушение на неравенствата на Бел не е възможно.

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 вложим ясно значение на това, което Бел иска да докаже и какво всъщност се случва. Бел създаде експеримент, показващ, че няма предварително съществуващ „алгоритъм“ в заплитането, предварително установена 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 наистина случаен процес (защо е добре описано по-долу).
НО всъщност те просто имат еднакви вероятностни зависимости. Какво означава? Това означава, че няма предварително определена, предварително определена връзка между фиксирането на параметър чрез измерване, но такъв резултат от фиксирането идва от факта, че процесите имат една и съща (допълваща се) вероятностна функция (която по принцип пряко следва от квантово-механични концепции), което е реализацията на параметър по време на фиксиране, което не е дефинирано поради липсата на пространство и време в неговата "референтна рамка" поради максималната възможна динамика на неговото съществуване (релативистичният ефект, формализиран от Лоренц трансформации, вижте Вакуум, кванти, материя).

Така Брайън Грийн описва методологическата същност на опита на Бел в книгата си „Тъканта на Космоса“. От него 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 е такава, тогава вероятността за едни и същи цветове, когато различни врати се отварят на случаен принцип, трябва да бъде повече от 50%, противно на истинската случайна 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 тази 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."
"Разбира се." Скъли скочи. „Ако наречем горната врата 1, страничната врата 2 и предната врата 3, тогава деветте възможни комбинации от врати са само (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, имайте предвид, че пет комбинации от врати - (1.1), (2.2), (3.3), (1.2) и (2.1) - водят до резултата, че виждаме как сферите в нашите кутии мигат с едно и също цветове.
Първите три комбинации от врати са тези, при които избираме еднакви врати, а както знаем, това винаги води до факта, че виждаме еднакви цветове. Другите две комбинации от врати (1,2) и (2,1) водят до едни и същи цветове, защото програмата диктува, че сферите ще мигат с един и същи цвят - синьо - ако врата 1 или врата 2 е отворена. Така че, тъй като 5 е по-голямо 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 кутии с различни номера могат общ случайще има различни програми.
„Наистина, няма значение. Изводът е валиден за всяка от възможните програми.

И това наистина е така, ако имаме работа с програма. Но това изобщо не е така, ако имаме работа със случайни зависимости за много експерименти, но всяка от тези случайности има една и съща форма във всеки експеримент.
В случая на електроните, когато те са били сдвоени за първи път, което осигурява техните напълно зависими спинове (взаимно противоположни) и разпръснати, тази взаимозависимост, разбира се, се запазва с пълна цялостна картина на истинската вероятност за отпадане и във факта, че може да се каже предварително как завъртанията на двата електрона в двойка са невъзможни, докато единият от тях не бъде определен, но те "вече" (ако мога така да се изразя във връзка с нещо, което няма своя собствена времева и пространствена метрика) имат определено относително положение.

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

Що се отнася до подхода на Р. Пенроуз ии т.н. 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 - черен цвят):

Беше необходимо да се намери начин, който да ни позволи да отделим истината от предположенията в математиката - някаква формална процедура, използвайки която да се каже със сигурност дали дадено математическо твърдение е вярно или не. (възражение виж метода на Аристотел и Истината, 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 какво отношение могат да имат същите тези сили с математическата истина. Осъзнаването, че неопровержимата математика е ключът към разбирането на Вселената, е може би първият от най-важните пробиви в науката като цяло. Дори древните египтяни и вавилонци са се досещали за различни математически истини, но първият камък в основата на математическото разбиране ...
... хората за първи път имаха възможност да формулират надеждни и очевидно неопровержими твърдения - твърдения, чиято истинност не се съмнява дори днес, въпреки факта, че науката е стъпила много напред от онези времена. За първи път пред хората беше разкрита наистина вечната природа на математиката.
Какво е 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 едно или друго математическо твърдение въз основа на валидността на всякакви други математически твърдения, или предварително установени по подобен начин, или изобщо не изискващи доказателство (специални елементарни твърдения, истинността на които според общото мнение са очевидни, се наричат аксиоми). Доказано математическо твърдение обикновено се нарича теорема. Ето тук не го разбирам: в края на краищата има просто заявени, но недоказани теореми.
... Обективните математически концепции трябва да бъдат представени като вечни обекти; не бива да се мисли, че тяхното съществуване започва в момента, в който се появяват под една или друга форма в човешкото въображение.
... По този начин математическото съществуване се различава не само от съществуването на физическото, но и от съществуването, с което нашето съзнателно възприятие е в състояние да надари обекта. Въпреки това, тя е ясно свързана с последните две форми на съществуване - т.е. с физическото и умственото 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" - Платонов математически, физически и ментален - и три фундаментални загадки, които ги свързват...
... И така, според показаното на фиг. 1.3 схема, целият физически свят се контролира от математически закони. В следващите глави на книгата ще видим, 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 ръководи от точни математически принципи - може би уравнения. Тук само тихичко се припичам....
...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, контролирана от строги вероятностни принципи.
Много хора започват да се чувстват много неудобно от подобни предположения; за мен и за себе си, признавам, 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 (подчертах), която описва света като цяло - истина, за която в момента не знаем имат най-малки понятия. - чисти Мистика....
.................
Дори се оказва, че на екрана има области, които са недостъпни за частици, излъчвани от източника, въпреки факта, че частиците могат доста успешно да навлязат в тези области, когато само един от прорезите е отворен! Въпреки че петната се появяват на екрана едно по едно на локализирани позиции и въпреки че всяка среща на частицата с екрана може да бъде свързана с определен акт на излъчване на частицата от източника, поведението на частицата между източника и екранът, включително неяснотата, свързана с наличието на две празнини в бариерата, е подобно на поведението на вълна, при която вълната Когато частица се сблъска с екран, тя усеща и двата процепа едновременно. Освен това (и това е особено важно за нашите непосредствени цели), разстоянието между ръбовете на екрана съответства на дължината на вълната L на нашата вълна на частиците, свързана с импулса на частицата p чрез предишната формула XXXX.
Всичко това е напълно възможно, ще каже един трезво мислещ скептик, но това още не ни принуждава да правим такова абсурдно отъждествяване на енергията-импулс с някакъв оператор! Да, точно това искам да кажа: операторът е само формализъм за описание на явление в неговата определена рамка, а не идентичност с явлението.
Разбира се, не ни принуждава, но трябва ли да се отвръщаме от чудото, когато ни се яви?! Какво е това чудо? Чудото е, че тази привидна 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 наистина се идентифицира с " диференциация по координата" и енергия с "времева диференциация.
... Всичко това е добре, но какво да кажем за вектора на състоянието? Какво ви пречи да разпознаете, че това представлява реалността? Защо физиците често са изключително неохотни да заемат такава философска позиция? Не само физиците, но и тези, които имат всичко наред с холистичен светоглед и не са склонни да бъдат водени към неопределени разсъждения.
.... Ако желаете, можете да си представите, че вълновата функция на фотон напуска източника под формата на ясно дефиниран вълнов пакет с малки размери, след което, след като се срещне с разделителя на лъча, се разделя на две части, единият от които се отразява от сплитера, а другият преминава през него например в перпендикулярна посока. И в двете причинихме вълновата функция да се раздели на две части в първия разделител на лъчи... Аксиома a 1: квантът не е делим. Човек, който говори за половинките 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 повторното 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 преживявания тези две неща се избягват да бъдат споменавани, въпреки че имат по-основно значение от ефектите, които се описват. Не разбирам защо го казва Пенроуз, той трябва да знае за неделимостта на кванта, още повече, че го е споменал в описанието на двата процепа. В такива чудотворни случаи човек все пак трябва да се опита да остане в рамките на основните аксиоми и ако те влязат в противоречие с опита, това е повод да се помисли по-внимателно за методологията и интерпретацията.
Нека засега приемем, поне като математически модел на квантовия свят, това любопитно описание, според което квантово състояние се развива във времето под формата на вълнова функция, обикновено "размазана" в цялото пространство (но със способността да фокус в по-ограничена област), а след това, когато се направи измерване, това състояние става нещо локализирано и съвсем определено.
Тези. сериозно говори за възможността за размазване на нещо в продължение на няколко светлинни години с възможност за моментална взаимна промяна. Това може да бъде представено чисто абстрактно - като запазване на формализирано описание от всяка от страните, 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.

Ето защо приемам както Пенроуз, така и други подобни мистично мислещи 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 действителното й използване, че човек започва да подозира, че всички дълбоки въпроси относно значението на измерването всъщност са празни, породени от несъвършенството на нашия език, който е създаден в свят, практически управляван от законите на класическа 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. В съответствие с него при измерване на 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 за наблюдател, който "не знае", че е влязъл в заплетено състояние с частица в противоположния край на квантовата линия.

Някои изводи от статията и вече съществуващата дискусия.
В момента има много интерпретации на различни нива на сложност, които се опитват не само да опишат феномена на заплитане и други "нелокални ефекти", но и да опишат предположения за природата (механизмите) на тези явления, т.е. хипотези. Освен това преобладава мнението, че е невъзможно да си представим нещо в тази предметна област, а е възможно да се разчита само на определени формализации.
Същите тези формализации обаче могат да покажат с приблизително същата убедителност всичко, което интерпретаторът иска, до описанието на възникването на нова вселена всеки път, в момент на квантова несигурност. И тъй като такива моменти възникват по време на наблюдение, тогава носят съзнание - като пряк участник в квантовите явления.
За подробна обосновка - защо този подход изглежда напълно погрешен - вижте статията Евристика.
Така че всеки път, когато друг 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 "обяснява" квантово заплитане чрез специално "измерение" без да си представя реалното му въплъщение (или съществуването на меридиани във формализма на мен земляните), ще го държа наготово :)

квантово заплитане

квантово заплитане (заплитане) (англ. Entanglement) - квантово-механично явление, при което квантовото състояние на два или повече обекта трябва да се опише във връзка един с друг, дори ако отделните обекти са разделени в пространството. В резултат на това има корелации между наблюдаваните физични свойстваобекти. Например, възможно е да се подготвят две частици, които са в едно и също квантово състояние, така че когато едната частица се наблюдава в състояние със спин, насочен нагоре, спинът на другата да се окаже насочен надолу и обратно, и това въпреки факта, че според квантовата механика се предвижда, че какви посоки се получават всеки път, е невъзможно. С други думи, изглежда, че измерванията, направени на една система, имат мигновен ефект върху тази, която е заплетена с нея. Но това, което се разбира под информация в класическия смисъл, все още не може да бъде предадено чрез заплитане по-бързо от скоростта на светлината.
Преди това оригиналният термин "entanglement" се превеждаше в обратния смисъл - като заплитане, но значението на думата е да се поддържа връзка дори след сложна биография на квантова частица. Така че при наличието на връзка между две частици в намотка на физическа система, чрез „дърпане“ на едната частица, беше възможно да се определи другата.

Квантовото заплитане е в основата на бъдещите технологии като квантовия компютър и квантовата криптография и също така се използва в експерименти с квантова телепортация. В теоретично и философско отношение това явление е едно от най-революционните свойства на квантовата теория, тъй като може да се види, че корелациите, предсказани от квантовата механика, са напълно несъвместими с понятията за привидно очевидна локалност. реалния свят, при който информация за състоянието на системата може да се предава само чрез нейната непосредствена среда. Различните възгледи за това какво всъщност се случва по време на процеса на квантово механично заплитане водят до различни интерпретации на квантовата механика.

Заден план

През 1935 г. Айнщайн, Подолски и Розен формулират известния парадокс Айнщайн-Подолски-Розен, който показва, че квантовата механика се превръща в нелокална теория поради свързаността. Знаем как Айнщайн се присмиваше на свързаността, наричайки я „кошмарно действие от разстояние“. Естествено, нелокалната свързаност опроверга постулата на ТО за ограничаващата скорост на светлината (предаване на сигнала).

От друга страна, квантовата механика е отлична в прогнозирането на експериментални резултати и всъщност са наблюдавани дори силни корелации поради феномена на заплитане. Има начин, който изглежда успешен при обяснението на квантовото заплитане, подход на "теория на скритата променлива", при който определени, но неизвестни микроскопични параметри са отговорни за корелациите. Въпреки това, през 1964 г. Дж. С. Бел показа, че все още не би било възможно да се изгради „добра“ локална теория по този начин, тоест заплитането, предсказано от квантовата механика, може да бъде експериментално разграничено от резултатите, предсказани от широк клас теории с местни скрити параметри. Резултатите от последващите експерименти предоставиха зашеметяващо потвърждение на квантовата механика. Някои проверки показват, че има редица пречки в тези експерименти, но общоприето е, че те не са значителни.

Свързаността има интересна връзка с принципа на относителността, който гласи, че информацията не може да пътува от място на място по-бързо от скоростта на светлината. Въпреки че двете системи може да са разделени голямо разстояниеи да бъдат заплетени в същото време, предават чрез тяхната връзка полезна информацияневъзможно, така че причинно-следствената връзка не се нарушава от заплитането. Това се случва по две причини:
1. резултатите от измерванията в квантовата механика са фундаментално вероятностни;
2. Теоремата за клониране на квантовото състояние забранява статистическа проверка на заплетени състояния.

Причини за влиянието на частиците

В нашия свят има специални състояния на няколко квантови частици - заплетени състояния, в които се наблюдават квантови корелации (като цяло корелацията е връзка между събития над нивото на случайни съвпадения). Тези корелации могат да бъдат открити експериментално, което беше направено за първи път преди повече от двадесет години и сега се използва рутинно в различни експерименти. В класическия (т.е. неквантовия) свят има два вида корелации – когато едно събитие е причина за друго или когато и двете имат обща причина. В квантовата теория възниква трети тип корелация, свързана с нелокалните свойства на заплетени състояния на няколко частици. Този трети тип корелация е трудно да си представим с помощта на познати ежедневни аналогии. Или може би тези квантови корелации са резултат от някакво ново, непознато досега взаимодействие, поради което заплетените частици (и само те!) си влияят?

Веднага си струва да се подчертае „анормалността“ на такова хипотетично взаимодействие. Квантови корелации се наблюдават дори ако откриването на две частици, разделени на голямо разстояние, се случи едновременно (в границите на експерименталните грешки). Това означава, че ако такова взаимодействие се осъществи, тогава то трябва да се разпространява в лабораторната референтна система изключително бързо, със свръхсветлинна скорост. И от това неизбежно следва, че в други референтни системи това взаимодействие ще бъде като цяло мигновено и дори ще действа от бъдещето в миналото (макар и без да се нарушава принципът на причинно-следствената връзка).

Същността на експеримента

Геометрията на експеримента. Двойки заплетени фотони бяха генерирани в Женева, след което фотоните бяха изпратени оптични кабелис еднаква дължина (маркирани в червено) в два приемника (маркирани с буквите APD), разположени на разстояние 18 km един от друг. Изображение от въпросната статия в Nature

Идеята на експеримента е следната: създаваме два заплетени фотона и ги изпращаме до два детектора възможно най-далеч един от друг (в описания експеримент разстоянието между двата детектора беше 18 км). В този случай ние правим пътищата на фотоните до детекторите възможно най-идентични, така че моментите на тяхното детектиране да са възможно най-близки. В тази работа моментите на откриване съвпаднаха с точност от приблизително 0,3 наносекунди. При тези условия все още се наблюдават квантови корелации. Така че, ако приемем, че те „работят“ поради описаното по-горе взаимодействие, тогава неговата скорост трябва да надвишава скоростта на светлината сто хиляди пъти.
Такъв експеримент всъщност е бил извършен от същата група и преди. Новостта на тази работа е само, че експериментът продължи дълго време. Квантовите корелации се наблюдават непрекъснато и не изчезват по всяко време на деня.
Защо е важно? Ако хипотетично взаимодействие се носи от някаква среда, тогава тази среда ще има разграничена референтна рамка. Поради въртенето на Земята, лабораторната отправна система се движи спрямо тази отправна система с различни скорости. Това означава, че интервалът от време между две събития на откриване на два фотона ще бъде различен за тази среда през цялото време, в зависимост от времето на деня. По-конкретно, ще има момент, когато тези две събития за тази среда ще изглеждат като едновременни. (Тук между другото се използва фактът от теорията на относителността, че две едновременни събития ще бъдат едновременни във всички инерционни отправни системи, движещи се перпендикулярно на свързващата ги права).

Ако квантовите корелации се извършват поради хипотетичното взаимодействие, описано по-горе, и ако скоростта на това взаимодействие е крайна (дори ако е произволно голяма), тогава в този момент корелациите ще изчезнат. Следователно непрекъснатото наблюдение на корелациите през деня напълно би затворило тази възможност. И повторението на такъв експеримент в различни периоди от годината би затворило тази хипотеза дори при безкрайно бързо взаимодействие в собствената, избрана референтна рамка.

За съжаление това не беше постигнато поради несъвършенството на експеримента. В този експеримент, за да се каже, че действително се наблюдават корелации, е необходимо сигналът да се натрупа за няколко минути. Изчезването на корелации, например, за 1 секунда, този експеримент не може да забележи. Ето защо авторите не успяха да затворят напълно хипотетичното взаимодействие, а само получиха ограничение на скоростта на разпространението му в избраната от тях референтна система, което, разбира се, значително намалява стойността на получения резултат.

Може би...?

Читателят може да попита: ако все пак хипотетичната възможност, описана по-горе, се реализира, но експериментът просто я е пропуснал поради нейното несъвършенство, означава ли това, че теорията на относителността е неправилна? Може ли този ефект да се използва за свръхсветлинно предаване на информация или дори за движение в пространството?

Не. Хипотетичното взаимодействие, описано по-горе чрез конструкция, служи на единствената цел - това са „зъбните колела“, които карат квантовите корелации да „работят“. Но вече е доказано, че с помощта на квантовите корелации е невъзможно да се предава информация със скорост, по-висока от скоростта на светлината. Следователно, какъвто и да е механизмът на квантовите корелации, той не може да наруши теорията на относителността.
© Игор Иванов

Вижте торсионни полета.
Основи на финия свят - физически вакуум и торсионни полета. четири.

квантово заплитане.

Превод

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

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

аз

Смята се, че заплитането е феномен, уникален за квантовата механика – но не е така. Всъщност би било по-разбираемо (макар и необичаен подход) да се започне с проста, неквантова (класическа) версия на заплитането. Това ще ни позволи да отделим тънкостите, свързани със самото заплитане, от другите странности на квантовата теория.

Заплитането се появява 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 два 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 втория не ни казва нищо за формата на първия.

От друга страна, казваме, че два каона са заплетени, ако информацията за единия подобрява познанията ни за другия. Втората таблетка ще ни покаже силно заплитане. 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 еднозначно да определим формата на другия.

Квантовият вариант на вплитането всъщност изглежда по същия начин – 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 тортите 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 по време на взаимодействието на системите.

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

Да се върнем към нашия пример. Ако напишем 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 описано 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 съставната система, която ви дава частична информация. Възможно е да знаете 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-характерните последици от квантовото заплитане, като ефектите на Айнщайн-Подолски-Розен (EPR) и Грийнберг-Хорн-Зайлингер (GHZ), възникват от взаимодействието му с друго свойство на квантовата теория, наречено "принцип на допълване". За да обсъдим EPR и GHZ, нека първо ви запозная с този принцип.

До този момент сме си представяли, че каоните се предлагат в две форми (квадратна и кръгла). А сега си представете, че те също са 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 си квантови торти... Или квантоните... Те се държат съвсем различно. Фактът, че квантонът в някои ситуации може да има различна формаи цветът не означава непременно, че има форма и цвят едновременно. Всъщност здравият разум, който Айнщайн изисква от физическата реалност, не съвпада с експерименталните факти, както скоро ще видим.

Можем да измерим формата на квантон, но по този начин губим цялата информация за цвета му. Или можем да измерим цвят, 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; човек трябва да вземе предвид много различни и взаимно изключващи се картини, всяка от които има своя собствена непълна представа за това, което се случва. Това е същността на принципа на комплементарността, така 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 се избегнат спорове, трябва да се признае, че:

Няма имот, ако не е измерен.
Измерването е активен процес, който променя измерваната система

II

Сега описваме 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 ъгловия импулс на електроните).

Алберт Айнщайн, Борис Подолски и Нейтън Розен (EPR) описаха удивителния ефект, който се получава, 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 двете). Да предположим, че имаме много такива двойки, всички те са еднакви и можем да изберем кои измервания да предприемем на техните компоненти. Ако измерим формата на един от членовете на двойката EPR, е еднакво вероятно да получим квадрат или кръг. Ако измерим цвета, тогава със същата вероятност ще получим червено или синьо.

Интересни ефекти, които изглеждаха парадоксални за EPR, възникват, когато измерваме и двата члена на двойката. Когато измерваме цвета на двата елемента или тяхната форма, откриваме, че резултатите винаги съвпадат. 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 със същата вероятност може да бъде син или червен.

Според квантовата теория ще получим такива резултати, дори ако двете системи са разделени от огромно разстояние и измерванията се правят 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, изглежда изисква предаване на информация - в нашия случай информация за направеното измерване - със скорост, по-висока от скоростта на светлината.

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

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

Няма парадокс в това, че далечните събития са корелирани. В крайна сметка, ако поставим една от двете ръкавици от чифт в кутии и ги изпратим в различни части 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 двойките EPR трябва да бъде фиксирана върху тях, когато са наблизо, така че да могат да издържат на последващото 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 чудесен 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 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. Чрез измерване на формата на квантона той получава квадрат или кръг с еднаква вероятност; измервайки цвета на квантона, той получава червено или синьо с еднаква вероятност. Докато всичко е нормално.

Но когато експериментаторите се събират и сравняват резултатите, анализът разкрива изненадващ резултат. Да речем, че наричаме квадратната форма и червения цвят „вид“, а кръговете и Син цвят- "зло". Експериментаторите откриват, че ако двама от тях решат да измерят форма, а третият избере цвят, тогава или 0, или 2 измервания са "зли" (т.е. кръгли или сини). Но ако и тримата решат да измерят цвета, тогава или 1, или 3 измервания са зло. Квантовата механика предвижда това и точно това се случва.

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

Ефектът GHZ, както го описва физикът Сидни Колман, е „шамар в лицето на квантовата механика“. Той нарушава обичайното, научено очакване, че физическите системи имат предварително определени свойства, независимо от тяхното измерване. Ако случаят беше такъв, 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 говорим за това 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 да се присвои определено състояние на системата във всеки момент от времето. Точно както изключваме възможностите в традиционното заплитане, можем също така да създаваме сложни 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 варианти на заплитане, описани по-рано.

Използвайки по-сложен протокол, можем да добавим малко допълнителност към тази система и да опишем ситуации, които причиняват 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 да присвоим постоянно на квантона свойството цвят в интервала между две измерения; няма определена форма. Такива истории осъзнават по ограничен, но напълно контролиран и прецизен начин интуицията, присъща на картината на множеството светове в квантовата механика. Определено състояние може да се раздели на две противоречиви исторически траектории, които след това да се свържат отново.

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 знаете, квантовата несигурност, доведена до нивото на влияние върху котешката смъртност. Преди измерването е невъзможно да се определи 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 го 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 е автоматично и котката продължава да живее (или не живее). Но историите описват квантони, които са котенцата на Шрьодингер, със сложност. Пълното им описание изисква да вземем предвид две взаимно изключващи се траектории на свойствата.

Контролираната експериментална реализация на заплетени истории е деликатно нещо, тъй като изисква събирането на частична информация за квантоните. Конвенционалните квантови измервания обикновено събират цялата информация наведнъж - например определят точната форма или точния цвят - 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 разпространението на концепцията за "много светове" в квантовата теория и да демонстрираме нейната реалност.

Квантовото заплитане или „призрачно действие от разстояние“, както го нарича Алберт Айнщайн, е квантово-механичен феномен, при който квантовите състояния на два или повече обекта стават взаимозависими. Тази зависимост се запазва дори ако обектите са отдалечени един от друг на много километри. Например, можете да заплетете двойка фотони, да отнесете един от тях в друга галактика и след това да измерите въртенето на втория фотон - и то ще бъде противоположно на въртенето на първия фотон и обратно. Те се опитват да адаптират квантовото заплитане за мигновено предаване на данни на гигантски разстояния или дори за телепортация.

Съвременните компютри предоставят доста възможности за моделиране на различни ситуации. Въпреки това, всички изчисления ще бъдат "линейни" до известна степен, тъй като се подчиняват на добре дефинирани алгоритми и не могат да се отклоняват от тях. И тази система не ни позволява да симулираме сложни механизми, в които случайността е почти постоянно явление. Това е симулация на живот. И какво устройство би могло да го позволи? Квантов компютър! Именно на една от тези машини стартира най-големият проект за симулиране на квантов живот.

Превод

аз

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●)

Но квантовите торти са си квантови торти... Или квантоните... Те се държат съвсем различно. Фактът, че един квантон в някои ситуации може да има различна форма и цвят, не означава непременно, че той едновременно има и форма, и цвят. Всъщност здравият разум, който Айнщайн изисква от физическата реалност, не съвпада с експерименталните факти, както скоро ще видим.

Няма имот, ако не е измерен.
Измерването е активен процес, който променя измерваната система

II

III

Но когато експериментаторите се събират и сравняват резултатите, анализът разкрива изненадващ резултат. Да кажем, че наричаме квадратна форма и червения цвят „добри“, а кръговете и синия цвят – „зли“. Експериментаторите откриват, че ако двама от тях решат да измерят форма, а третият избере цвят, тогава или 0, или 2 измервания са "зли" (т.е. кръгли или сини). Но ако и тримата решат да измерят цвета, тогава или 1, или 3 измервания са зло. Квантовата механика предвижда това и точно това се случва.