Kun Albert Einstein hämmästyi hiukkasten välisestä "pelottavasta" pitkän kantaman kytkennästä, hän ei ajatellut omaa yleinen teoria suhteellisuusteoria. Einsteinin ikivanha teoria kuvaa kuinka painovoima syntyy, kun massiiviset esineet muuttavat kudosta...

Kun Albert Einstein ihmetteli hiukkasten välistä "pelottavaa" pitkän kantaman kytkentää, hän ei ajatellut yleistä suhteellisuusteoriaansa. Einsteinin ikivanha teoria kuvaa, kuinka painovoima syntyy, kun massiiviset esineet vääntävät tilan ja ajan kudosta. kvanttikettuminen, tuo Einsteinin pelon makaaberi lähde sisältää yleensä pieniä hiukkasia, joilla on vain vähän vaikutusta painovoimaan. Pölyhiukkanen muuttaa patjan muotoaan täsmälleen samalla tavalla kuin subatominen hiukkanen vääntää tilaa.

Teoreettinen fyysikko Mark Van Raamsdonk kuitenkin epäilee, että sotkeutuminen ja aika-avaruus liittyvät itse asiassa toisiinsa. Vuonna 2009 hän laski, että avaruus ilman sotkeutumista ei pystyisi pitämään itseään koossa. Hän kirjoitti paperin, jossa ehdotettiin, että kvanttisekoittuminen on neula, joka ompelee yhteen kosmisen aika-avaruuden kuvakudoksen.

Monet lehdet kieltäytyivät julkaisemasta hänen töitään. Mutta vuosia kestäneen skeptisismin jälkeen ajatuksen tutkimisesta, että kietoutuminen muovaa aika-avaruutta, on tullut yksi fysiikan kuumimmista suuntauksista.

"Fysiikan syvältä pohjalta tullessa kaikki viittaa siihen, että avaruuden on liityttävä sotkeutumiseen", sanoo Caltechin teoreettinen fyysikko John Preskill.

Vuonna 2012 ilmestyi toinen provosoiva teos, joka esitteli kietoutuneiden hiukkasten paradoksia mustan aukon sisällä ja ulkopuolella. Alle vuotta myöhemmin kaksi alan asiantuntijaa keksi radikaalin ratkaisun: sotkeutuneita hiukkasia yhdistävät madonreiät, Einsteinin aika-avaruustunnelit, jotka nyt ilmestyvät fysiikkalehdissä ja tieteiskirjallisuudessa yhtä usein. Jos tämä oletus on oikea, sotkeutuminen ei ole pelottava, pitkän kantaman yhteys, jota Einstein ajatteli - vaan hyvin todellinen silta, joka yhdistää kaukaisia ​​pisteitä avaruudessa.

Monet tutkijat pitävät näitä ajatuksia huomion arvoisena. Viime vuosina fyysikot näennäisesti toisistaan ​​riippumattomilta tieteenaloilta ovat lähestyneet tätä sotkeutumisen, avaruuden ja madonreikien kenttää. Tiedemiehet, jotka olivat aiemmin keskittyneet virheettömien kvanttitietokoneiden rakentamiseen, ihmettelevät nyt, onko maailmankaikkeus itse kvanttitietokone, joka ohjelmoi hiljaa avaruus-aikaa monimutkaiseen kietoutumisverkkoon. "Kaikki edistyy uskomattomalla tavalla", sanoo Van Raamsdonk British Columbian yliopistosta Vancouverista.

Fyysikoilla on suuria toiveita siitä, minne tämä aika-avaruuden ja sotkeutumisen yhdistelmä vie heidät. GR kuvaa loistavasti kuinka aika-avaruus toimii; uusi tutkimus saattaa nostaa verhon siitä, mistä aika-avaruus tulee ja miltä se näyttää pienimmässä mittakaavassa, joka on kvanttimekaniikan armoilla. Kietoutuminen voi olla salainen ainesosa, joka yhdistää nämä toistaiseksi yhteensopimattomat alueet kvanttipainovoiman teoriaksi, jolloin tutkijat voivat ymmärtää mustan aukon olosuhteet ja maailmankaikkeuden tilan ensimmäisinä hetkinä alkuräjähdyksen jälkeen.

Hologrammit ja keittopurkit

Van Raamsdonkin loppiainen vuonna 2009 ei syntynyt tyhjästä. Sen juuret ovat holografinen periaate, ajatus, että raja, joka rajoittaa tilaa, voi sisältää kaiken sen sisältämän tiedon. Jos sovellamme holografista periaatetta Jokapäiväinen elämä, utelias työntekijä pystyy rekonstruoimaan täydellisesti kaiken toimistossa - paperipinoja, perhekuvia, leluja nurkassa ja jopa tiedostoja tietokoneen kiintolevyllä - vain katsomalla neliön toimiston ulkoseiniä.

Tämä ajatus on kiistanalainen, koska seinillä on kaksi ulottuvuutta, mutta toimiston sisätiloissa on kolme. Mutta vuonna 1997 Juan Maldacena, Harvardin jousiteoreetikko, antoi kiehtovan esimerkin siitä, mitä holografinen periaate voisi paljastaa maailmankaikkeudesta.

Hän aloitti anti-de Sitter -avaruudesta, joka muistuttaa painovoiman hallitsemaa aika-aikaa, mutta jolla on useita outoja ominaisuuksia. Se on kaareva siten, että tietyssä paikassa säteilevä valon välähdys palaa lopulta takaisin lähtöpaikastaan. Ja vaikka universumi laajenee, anti-de Sitter -avaruutta ei venytetä tai tiivistetä. Tällaisten ominaisuuksien ansiosta pala anti-de Sitter -avaruutta, jossa on neljä ulottuvuutta (kolme tilallista ja yksi ajallinen), voidaan ympäröidä kolmiulotteisella rajalla.

Maldacena viittasi anti-de Sitter -avaruus-aika-sylinteriin. Jokainen sylinterin vaakasuora siivu edustaa tilansa tilaa tietyllä hetkellä, kun taas sylinterin pystysuuntainen mitta edustaa aikaa. Maldacena ympäröi sylinterinsä reunuksella hologrammia varten; jos anti-de-sitter-tila olisi tölkki keittoa, niin reunus olisi etiketti.

Ensi silmäyksellä näyttää siltä, ​​​​että tällä reunalla (etiketillä) ei ole mitään tekemistä sylinterin täyttämisen kanssa. Esimerkiksi rajamerkki noudattaa kvanttimekaniikan sääntöjä, ei painovoimaa. Silti painovoima kuvaa tilaa keiton sisällön sisällä. Maldacena osoitti, että etiketti ja keitto olivat samat; kvanttivuorovaikutukset rajalla kuvaavat täydellisesti anti-de Sitter -avaruutta, jonka tämä raja sulkee.

"Nämä kaksi teoriaa näyttävät täysin erilaisilta, mutta ne kuvaavat tarkasti samaa asiaa", Preskill sanoo.

Maldacena lisäsi holografiseen yhtälöön sotkeutumista vuonna 2001. Hän kuvitteli tilan kahdessa keittopurkissa, joissa kummassakin oli musta aukko. Sitten hän loi kupeista valmistettua puhelinta vastaavan, joka yhdistää mustat aukot madonreikään, tunnelin avaruuden läpi, jota Einstein ja Nathan Rosen ehdottivat ensimmäisen kerran vuonna 1935. Maldacena etsi tapaa luoda tölkkilappuihin vastaava tila-aika-yhteys. Temppu, hän ymmärsi, oli hämmennystä.

Kuten madonreikä, kvanttisekoittuminen yhdistää esineitä, joilla ei ole ilmeistä yhteyttä. Kvanttimaailma on sumea paikka: elektroni voi pyöriä molempiin suuntiin samaan aikaan superpositiotilassa, kunnes mittaukset antavat tarkan vastauksen. Mutta jos kaksi elektronia on kietoutunut, yhden spinin mittaaminen antaa kokeen tekijälle mahdollisuuden tietää toisen elektronin spinin - vaikka kumppanielektroni olisi superpositiotilassa. Tämä kvanttisidos säilyy, vaikka elektronit erotettaisiin metreillä, kilometreillä tai valovuosilla.

Maldacena osoitti, että tölkkien madonreikäyhteys voidaan kuvata kvanttimekaanisesti täydellisesti sotkemalla hiukkasia toisessa etiketissä hiukkasiin toisessa. Holografisen periaatteen yhteydessä sotkeutuminen vastaa aika-avaruuspalojen fyysistä sitomista yhteen.

Tästä kietoutumisen ja aika-avaruuden välisestä yhteydestä inspiroituneena Van Raamsdonk pohti, kuinka suuri rooli sotkeutumisella voi olla aika-avaruuden muovaamisessa. Hän esitti puhtaimman etiketin kvanttikeittopurkissa: valkoinen, joka vastaa tyhjää anti-de-Sitter-tilaa. Mutta hän tiesi, että kvanttimekaniikan perusteiden mukaan tyhjä tila ei koskaan olisi täysin tyhjä. Se on täynnä hiukkaspareja, jotka kelluvat ja katoavat. Ja nämä ohikiitävät hiukkaset ovat sotkeutuneet.

Joten Van Raamsdonk piirsi kuvitteellisen puolittajan holografiseen etikettiin ja katkaisi sitten matemaattisesti kvanttisidoksen etiketin toisella puoliskolla ja toisella puolella olevien hiukkasten välillä. Hän havaitsi, että anti-de Sitter -tilan vastaava levy alkoi jakautua kahtia. Ikään kuin kietoutuvat hiukkaset olisivat koukkuja, jotka pitävät tilan ja ajan verkon paikoillaan; ilman niitä aika-avaruus hajoaa. Kun Van Raamsdonk alensi sotkeutumisastetta, jaettuihin alueisiin liittyvä tilan osa ohueni, kuin purukumista venyvä kumilanka.

"Se sai minut ajattelemaan, että tilan läsnäolo alkaa sotkeutumisesta."

Se oli rohkea lausunto, ja kesti aikaa ennen kuin Van Raamsdonkin teos, joka julkaistiin General Relativity and Gravitationissa vuonna 2010, sai vakavaa huomiota. Kiinnostuksen tuli syttyi jo vuonna 2012, kun neljä fyysikkoa Kalifornian yliopistosta Santa Barbarassa kirjoitti paperin, jossa haastaa perinteiset viisaudet tapahtumahorisontista, mustan aukon pisteestä, josta ei ole paluuta.

Palomuurin piilottama totuus

1970-luvulla teoreettinen fyysikko Stephen Hawking osoitti, että sotkeutuneiden hiukkasten parit - samanlaisia ​​kuin Van Raamsdonk analysoi myöhemmin kvanttirajansa - saattoivat hajota tapahtumahorisontissa. Toinen putoaa mustaan ​​aukkoon, kun taas toinen pakenee niin kutsutun Hawking-säteilyn mukana. Tämä prosessi heikentää vähitellen mustan aukon massaa, mikä lopulta johtaa sen kuolemaan. Mutta jos mustat aukot katoavat, kaiken sisään pudonneen ennätyksen pitäisi myös hävitä sen mukana. Kvanttiteorian mukaan tietoa ei voi tuhota.

1990-luvulle mennessä useat teoreettiset fyysikot, mukaan lukien Stanfordin Leonard Susskind, olivat keksineet ratkaisun tähän ongelmaan. Kyllä, he sanoivat, aine ja energia putoavat mustaan ​​aukkoon. Mutta ulkopuolisen tarkkailijan näkökulmasta tämä materiaali ei koskaan ylitä tapahtumahorisonttia; hän näyttää heiluvan sen reunalla. Tämän seurauksena tapahtumahorisontista tulee holografinen raja, joka sisältää kaiken tiedon mustan aukon sisällä olevasta tilasta. Lopulta, kun musta aukko haihtuu, tämä tieto vuotaa ulos Hawking-säteilyn muodossa. Periaatteessa tarkkailija voi kerätä tämän säteilyn ja saada kaikki tiedot mustan aukon sisältä.

Fyysikot Ahmed Almheiri, Donald Marolph, James Sully ja Joseph Polchinsky totesivat vuoden 2012 artikkelissaan, että tässä kuvassa on jotain vialla. Yksi huomautti, että tarkkailija, joka yrittää koota palapeliä mustan aukon sisällä olevasta palapelistä, on kietouduttava toisiinsa - Hawkingin säteilyn hiukkaset. Lisäksi jokaisen Hawking-hiukkasen on oltava kietoutunut alkuperäiseen kumppaniinsa, joka putosi mustaan ​​aukkoon.

Valitettavasti pelkkä hämmennys ei riitä. Kvanttiteoria väittää, että jotta kietoutuminen olisi olemassa kaikkien mustan aukon ulkopuolella olevien hiukkasten välillä, näiden hiukkasten takertuminen mustan aukon sisällä oleviin hiukkasiin on suljettava pois. Lisäksi fyysikot ovat havainneet, että yhden sotkeutumisen rikkominen loisi tapahtumahorisonttiin läpäisemättömän energiamuurin, niin sanotun palomuurin.

Monet fyysikot ovat epäilleet, että mustat aukot todella haihduttavat kaiken, mikä yrittää päästä sisään. Mutta palomuurin olemassaolon mahdollisuus johtaa häiritseviin ajatuksiin. Fyysikot ovat jo aiemmin miettineet, miltä avaruus näyttää mustan aukon sisällä. Nyt he eivät ole varmoja, onko mustissa aukoissa tätä "sisäpuolella". Kaikki näyttävät päässeet sovintoon, Preskill huomauttaa.

Mutta Susskind ei eronnut itse. Hän käytti vuosia yrittäessään todistaa, ettei tieto katoa mustan aukon sisään; tänään hän on myös vakuuttunut, että ajatus palomuurista on väärä, mutta hän ei ole vielä pystynyt todistamaan tätä. Eräänä päivänä hän sai salaperäisen kirjeen Maldacenalta: "Siissä ei ollut paljon", Susskind sanoo. - Vain ER = EPR. Maldacena, joka työskentelee nyt Princetonin Advanced Study -instituutissa, pohti työtään vuoden 2001 keittölkkien parissa ja pohti, voisivatko madonreiät ratkaista palomuuriongelman aiheuttaman sotkeutumisen. Susskind tarttui ideaan nopeasti.

Saksalaisessa Fortschritte der Physik -lehdessä vuonna 2013 julkaistussa artikkelissa Maldacena ja Susskind totesivat, että madonreikä - teknisesti Einstein-Rosenin silta tai ER - on kvanttikettumuksen spatiotemporaalinen vastine. (EPR:n alaisuudessa ymmärrä Einstein-Podolsky-Rosenin kokeilu, jonka piti hälventää mytologinen kvanttiketujuus). Tämä tarkoittaa, että jokainen Hawking-säteilyn hiukkanen, riippumatta siitä kuinka kaukana alkuperästä, on suoraan yhteydessä mustan aukon sisäosaan lyhyen avaruus-ajan kautta.

"Jos liikut madonreiän läpi, kaukana olevat asiat eivät ole niin kaukana", Susskind sanoo.

Susskind ja Maldacena ehdottivat kaikkien Hawking-hiukkasten keräämistä ja niiden työntämistä yhteen, kunnes ne romahtavat mustaksi aukoksi. Tämä musta aukko sotkeutuisi ja yhdistettäisiin siten madonreiällä alkuperäiseen mustaan ​​aukkoon. Tämä temppu muutti Hawking-hiukkasten sotkuisen sotkun - paradoksaalisella tavalla mustaan ​​aukkoon ja toisiinsa sotkeutuneiden - kahdeksi mustaksi aukoksi, joita yhdistää madonreikä. Hämmennys ylikuormitus ratkesi ja palomuuriongelma oli ohi.

Kaikki tiedemiehet eivät ole hypänneet ER = EPR -raitiovaunun kelkkaan. Susskind ja Maldacena myöntävät, että heillä on vielä paljon työtä tehtävänä todistaakseen, että madonreiät ja sotkeutuminen ovat samanarvoisia. Mutta pohdittuaan palomuuriparadoksin seurauksia monet fyysikot ovat yhtä mieltä siitä, että mustan aukon sisällä oleva aika-avaruus johtuu olemassaolostaan ​​ulkopuolisen säteilyn kietoutumisesta. Tämä on tärkeä näkemys, Preskill huomauttaa, koska se tarkoittaa myös sitä, että koko maailmankaikkeuden aika-avaruuskudos, mukaan lukien meidän käytössämme oleva paikka, on kvanttimakaaberin toiminnan tulos.

avaruustietokone

On yksi asia sanoa, että universumi rakentaa aika-avaruutta sotkeutumalla; se on aivan eri asia näyttää kuinka universumi tekee sen. Preskill ja kollegat tarttuivat tähän vaikeaan tehtävään, ja he päättivät pitää kosmosta valtavana kvanttitietokoneena. Lähes kahdenkymmenen vuoden ajan tiedemiehet ovat rakentaneet kvanttitietokoneita, jotka käyttävät kietoutuneisiin elementteihin, kuten fotoniin tai pieniin piireihin, koodattua tietoa ratkaistakseen ongelmia, joita perinteiset tietokoneet eivät pysty. Preskill-tiimi käyttää näistä yrityksistä saatua tietoa ennustaakseen, kuinka yksittäiset yksityiskohdat keittopurkin sisällä muuttuisivat hämmentäväksi etiketiksi.

Kvanttitietokoneet toimivat käyttämällä tietovälineinä tilojen superpositiossa olevia komponentteja - ne voivat olla samanaikaisesti nollia ja ykkösiä. Mutta superpositiotila on hyvin hauras. Ylimääräinen lämpö voi esimerkiksi tuhota tilan ja kaiken sen sisältämän kvanttitiedon. Tämä tiedon menetys, jota Preskill vertaa kirjan revittyihin sivuihin, vaikuttaa väistämättömältä.

Mutta fyysikot reagoivat luomalla protokollan kvanttivirheen korjausta varten. Sen sijaan, että luottaisivat yhteen hiukkaseen kvanttibitin tallentamiseen, tutkijat jakavat tiedot useisiin kietoutuneisiin hiukkasiin. Kvanttivirheenkorjauksen kielellä kirjoitettu kirja olisi täynnä hölynpölyä, Preskill sanoo, mutta sen koko sisältö voitaisiin palauttaa, vaikka puolet sivuista katoaisi.

Kvanttivirheen korjaus on herättänyt paljon huomiota viime vuosina, mutta nyt Preskill ja hänen kollegansa epäilevät, että luonto on keksinyt tämän järjestelmän jo kauan sitten. Kesäkuussa Journal of High Energy Physics -lehdessä Preskill ja hänen tiiminsä osoittivat, kuinka monien hiukkasten takertuminen holografiseen rajaan kuvaa täydellisesti yksittäistä hiukkasta, joka vetää puoleensa painovoiman anti-de Sitter -tilan sisällä. Maldacena sanoo, että tämä löytö voisi johtaa parempaan ymmärrykseen siitä, kuinka hologrammi koodaa kaikki ympäröivän aika-avaruuden yksityiskohdat.

Fyysikot tunnustavat, että heidän spekulaatioilla on vielä pitkä matka todellisuuden vastaamiseen. Vaikka anti-de Sitter -avaruus tarjoaa fyysikoille edun työskennellä tarkasti määritellyn rajan kanssa, maailmankaikkeudella ei ole niin selkeää etikettiä keittopurkissa. Kosmoksen avaruus-aika-kudos on laajentunut alkuräjähdyksen jälkeen ja jatkaa sitä yhä kiihtyvällä vauhdilla. Jos lähetät valonsäteen avaruuteen, se ei käänny ympäri ja palaa; hän lentää. "Ei ole selvää, kuinka määritellä universumimme holografinen teoria", Maldacena kirjoitti vuonna 2005. "Hologrammille ei vain ole hyvää paikkaa."

Kuitenkin niin oudolta kuin kaikki nämä hologrammit, keittopurkit ja madonreiät kuulostavatkin, ne voivat olla lupaavia polkuja, jotka johtavat kvanttipelaamisen fuusioimiseen aika-avaruuden geometriaan. Madonreikiä koskevassa työssään Einstein ja Rosen keskustelivat mahdollisista kvanttiimplikaatioista, mutta eivät liittyneet aiempaan sotkeutumiseen liittyvään työhönsä. Nykyään tämä yhteys voi auttaa yhdistämään yleisen suhteellisuusteorian kvanttimekaniikan kvanttigravitaation teoriaksi. Tällaisella teorialla aseistetut fyysikot pystyivät selvittämään nuoren maailmankaikkeuden tilan mysteerit, jolloin aine ja energia mahtuvat äärettömän pieneen avaruuden pisteeseen. julkaistu

Puiden kultaiset lehdet loistivat kirkkaasti. Ilta-auringon säteet koskettivat ohennettuja latvoja. Valo murtautui oksien läpi ja järjesti yliopiston "kapterkan" seinälle spektaakkelin omituisista hahmoista.

Sir Hamiltonin mietteliäs katse liikkui hitaasti ja katseli chiaroscuron leikkimistä. Irlantilaisen matemaatikon päässä oli todellinen ajatusten, ideoiden ja johtopäätösten sulatusuuni. Hän tiesi hyvin, että monien ilmiöiden selittäminen newtonilaisen mekaniikan avulla on kuin varjojen leikkiä seinällä, joka kietoi petollisesti yhteen hahmoja ja jättää monia kysymyksiä vastaamatta. "Ehkä se on aalto... tai ehkä se on hiukkasvirta", tutkija pohti, "tai valo on ilmentymä molemmista ilmiöistä. Kuin varjosta ja valosta kudottuja hahmoja.

Kvanttifysiikan alku

On mielenkiintoista seurata mahtavia ihmisiä ja yrittää ymmärtää, kuinka mahtavia ideoita syntyy, jotka muuttavat koko ihmiskunnan evoluution kulkua. Hamilton on yksi niistä, jotka seisoivat syntymän alkuperässä kvanttifysiikka. Viisikymmentä vuotta myöhemmin, 1900-luvun alussa, monet tutkijat osallistuivat alkuainehiukkasten tutkimukseen. Saatu tieto oli epäjohdonmukaista ja koomatonta. Ensimmäiset horjuvat askeleet kuitenkin otettiin.

Mikromaailman ymmärtäminen 1900-luvun alussa

Vuonna 1901 esiteltiin ensimmäinen atomin malli ja sen epäonnistuminen tavallisen sähködynamiikan näkökulmasta. Samana aikana Max Planck ja Niels Bohr julkaisivat monia teoksia atomin luonteesta. Huolimatta heidän huolellisesta työstään, atomin rakenteesta ei saatu täydellistä ymmärrystä.

Muutama vuosi myöhemmin, vuonna 1905, vähän tunnettu saksalainen tiedemies Albert Einstein julkaisi raportin valokvantin olemassaolosta kahdessa tilassa - aallossa ja korpuskulaarisessa (hiukkasissa). Hänen työssään esitettiin argumentteja, jotka selittivät mallin epäonnistumisen syytä. Einsteinin näkemystä rajoitti kuitenkin vanha ymmärrys atomin mallista.

Niels Bohrin ja hänen kollegoidensa lukuisten töiden jälkeen vuonna 1925 syntyi uusi suunta - eräänlainen kvanttimekaniikka. Yleinen ilmaus - "kvanttimekaniikka" ilmestyi kolmekymmentä vuotta myöhemmin.

Mitä tiedämme kvanteista ja niiden erikoisista?

Nykyään kvanttifysiikka on mennyt tarpeeksi pitkälle. Monia erilaisia ​​ilmiöitä on löydetty. Mutta mitä me todella tiedämme? Vastauksen esittää yksi moderni tiedemies. "Voidaan joko uskoa kvanttifysiikkaan tai olla ymmärtämättä sitä", on määritelmä. Ajattele sitä itse. Riittää, kun mainitaan sellainen ilmiö kuin hiukkasten kvanttikettuminen. Tämä ilmiö on syöttänyt tieteellisen maailman täydelliseen hämmennykseen. Vielä järkyttävämpää oli, että tuloksena oleva paradoksi ei ole yhteensopiva Einsteinin kanssa.

Fotonien kvanttiketutumisen vaikutuksesta keskusteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1927 viidennessä Solvayn kongressissa. Niels Bohrin ja Einsteinin välillä syntyi kiivas riita. Kvanttikietoutumisen paradoksi on muuttanut täysin käsityksen aineellisen maailman olemuksesta.

Tiedetään, että kaikki kappaleet koostuvat alkuainehiukkasista. Näin ollen kaikki kvanttimekaniikan ilmiöt heijastuvat tavalliseen maailmaan. Niels Bohr sanoi, että jos emme katso kuuta, sitä ei ole olemassa. Einstein piti tätä järjettömänä ja uskoi, että esine on olemassa tarkkailijasta riippumatta.

Kvanttimekaniikan ongelmia tutkiessa tulee ymmärtää, että sen mekanismit ja lait ovat yhteydessä toisiinsa eivätkä noudata klassista fysiikkaa. Yritetään ymmärtää kiistanalaisin alue - hiukkasten kvanttisekoittuminen.

Kvanttikietouden teoria

Aluksi kannattaa ymmärtää, että kvanttifysiikka on kuin pohjaton kaivo, josta voi löytää mitä tahansa. Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck ja monet muut fyysikot tutkivat kvanttikietoutumien ilmiötä viime vuosisadan alussa. Koko 1900-luvun tuhannet tiedemiehet ympäri maailmaa tutkivat sitä aktiivisesti ja kokeilivat.

Maailma on fysiikan tiukkojen lakien alainen

Miksi tällainen kiinnostus kvanttimekaniikan paradokseihin? Kaikki on hyvin yksinkertaista: elämme tiettyjä fyysisen maailman lakeja noudattaen. Kyky "ohittaa" ennaltamääräys avaa maagisen oven, jonka takana kaikki tulee mahdolliseksi. Esimerkiksi käsite "Schrödingerin kissa" johtaa aineen hallintaan. Tietojen teleportointi tulee myös mahdolliseksi, mikä aiheuttaa kvanttiketutumista. Tiedon välittäminen tulee välittömäksi etäisyydestä riippumatta.
Asiaa tutkitaan edelleen, mutta suuntaus on myönteinen.

Analogia ja ymmärrys

Mitä ainutlaatuista kvanttisidonnassa on, miten se ymmärretään ja mitä sille tapahtuu? Yritetään selvittää se. Tämä vaatii ajatuskokeilua. Kuvittele, että sinulla on kaksi laatikkoa käsissäsi. Jokaisessa niistä on yksi pallo, jossa on raita. Nyt annamme yhden laatikon astronautille, ja hän lentää Marsiin. Heti kun avaat laatikon ja näet, että pallon raita on vaakasuora, toisessa laatikossa pallossa on automaattisesti pystysuora raita. Tämä tulee olemaan kvanttisekoittuminen. yksinkertaisilla sanoilla lausutaan: yksi esine määrittää ennalta toisen sijainnin.

On kuitenkin ymmärrettävä, että tämä on vain pinnallinen selitys. Kvanttikietoutumisen saamiseksi on välttämätöntä, että hiukkasilla on sama alkuperä, kuten kaksosilla.

On erittäin tärkeää ymmärtää, että kokeilu keskeytyy, jos jollakin ennen sinua oli mahdollisuus katsoa ainakin yhtä esineistä.

Missä kvanttisidotusta voidaan käyttää?

Kvanttisidonnan periaatetta voidaan käyttää tiedon siirtämiseen pitkät matkat välittömästi. Tällainen johtopäätös on ristiriidassa Einsteinin suhteellisuusteorian kanssa. Se sanoo, että suurin liikkeen nopeus on luonnostaan ​​​​vain valossa - kolmesataa tuhatta kilometriä sekunnissa. Tällainen tiedonsiirto mahdollistaa fyysisen teleportaation olemassaolon.

Kaikki maailmassa on tietoa, myös aine. Kvanttifysiikot tulivat tähän johtopäätökseen. Vuonna 2008 teoreettiseen tietokantaan perustuen kvanttisekoittuminen oli mahdollista nähdä paljaalla silmällä.

Tämä osoittaa jälleen kerran, että olemme suurten löytöjen - liikkeen avaruudessa ja ajassa - partaalla. Aika universumissa on diskreetti, joten hetkellinen liike valtavien etäisyyksien yli mahdollistaa pääsyn erilaisiin aikatiheyksiin (perustuu Einsteinin, Bohrin hypoteeseihin). Ehkä tulevaisuudessa se on todellisuutta aivan kuten matkapuhelin on nykyään.

Eetterin dynamiikka ja kvanttisekoittuminen

Joidenkin johtavien tutkijoiden mukaan kvanttikettuminen selittyy sillä, että avaruus on täynnä jonkinlaista eetteriä - mustaa ainetta. Kuten tiedämme, mikä tahansa alkeishiukkanen on olemassa aallon ja hiukkasen (hiukkasen) muodossa. Jotkut tutkijat uskovat, että kaikki hiukkaset ovat pimeän energian "kankaalla". Tätä ei ole helppo ymmärtää. Yritetään selvittää se toisella tavalla - assosiaatiomenetelmällä.

Kuvittele itsesi meren rannalla. Kevyt tuulta ja vähäistä tuulta. Näetkö aallot? Ja jossain kaukana, auringon säteiden heijastuksissa, näkyy purjevene.
Laiva on meidän alkuainehiukkasemme ja meri eetteriä (pimeää energiaa).
Meri voi olla liikkeessä näkyvien aaltojen ja vesipisaroiden muodossa. Samalla tavalla kaikki alkuainehiukkaset voivat olla vain meri (sen olennainen osa) tai erillinen hiukkanen - pisara.

Tämä on yksinkertaistettu esimerkki, kaikki on hieman monimutkaisempaa. Hiukkaset, joissa ei ole tarkkailijaa, ovat aallon muodossa, eikä niillä ole tiettyä sijaintia.

Valkoinen purjevene on arvokas esine, se eroaa meriveden pinnasta ja rakenteesta. Samalla tavalla energian valtameressä on "huippuja", jotka voimme havaita niiden meille tuntemien voimien ilmentymäksi, jotka ovat muokanneet maailman aineellista osaa.

Mikromaailma elää omien lakiensa mukaan

Kvanttikietouden periaate voidaan ymmärtää, jos otamme huomioon sen tosiasian, että alkuainehiukkaset ovat aaltojen muodossa. Ilman tiettyä sijaintia ja ominaisuuksia molemmat hiukkaset ovat energian valtameressä. Sillä hetkellä, kun tarkkailija ilmestyy, aalto "muuttuu" kosketettavaksi esineeksi. Toinen hiukkanen, joka tarkkailee tasapainojärjestelmää, saa päinvastaiset ominaisuudet.

Kuvattua artikkelia ei ole tarkoitettu tilavaan tieteellisiä kuvauksia kvanttimaailma. Mahdollisuus reflektoida tavallinen ihminen esitetyn materiaalin ymmärryksen saatavuuden perusteella.

Alkuainehiukkasten fysiikka tutkii kvanttitilojen kietoutumista alkuainehiukkasen spinin (kiertoon) perusteella.

Tieteellisellä kielellä (yksinkertaistettu) - kvanttikettuminen määritellään erilaisilla spineillä. Tarkkaillessaan esineitä tutkijat näkivät, että vain kaksi pyöritystä voi olla olemassa - pitkin ja poikki. Kummallista kyllä, muissa asennoissa hiukkaset eivät "asenna" tarkkailijalle.

Uusi hypoteesi - uusi näkemys maailmasta

Mikrokosmoksen - alkuainehiukkasten avaruuden - tutkiminen synnytti monia hypoteeseja ja oletuksia. Kvanttisidonnan vaikutus sai tutkijat pohtimaan jonkinlaisen kvanttimikrohilan olemassaoloa. Heidän mielestään jokaisessa solmussa - leikkauspisteessä - on kvantti. Kaikki energia on kiinteä hila, ja hiukkasten ilmentyminen ja liikkuminen on mahdollista vain hilan solmujen kautta.

Tällaisen ritilän "ikkunan" koko on melko pieni ja mittaus nykyaikaiset laitteet mahdotonta. Tämän hypoteesin vahvistamiseksi tai kumoamiseksi tutkijat päättivät kuitenkin tutkia fotonien liikettä spatiaalisessa kvanttihilassa. Tärkeintä on, että fotoni voi liikkua joko suoraan tai siksakeina - hilan lävistäjää pitkin. Toisessa tapauksessa, kun hän on voittanut suuremman etäisyyden, hän kuluttaa enemmän energiaa. Näin ollen se eroaa suorassa linjassa liikkuvasta fotonista.

Ehkä ajan myötä opimme, että elämme spatiaalisessa kvanttiverkossa. Tai tämä oletus voi olla väärä. Kuitenkin kvanttikettumuksen periaate osoittaa hilan olemassaolon mahdollisuuden.

Jos puhua selkeää kieltä, silloin hypoteettisessa spatiaalisessa "kuutiossa" yhden kasvon määritelmällä on selkeä vastakkainen merkitys toiselle. Tämä on avaruuden rakenteen säilyttämisen periaate - aika.

Epilogi

Kvanttifysiikan maagisen ja salaperäisen maailman ymmärtämiseksi kannattaa tarkastella tarkasti tieteen kehitystä viimeisen viidensadan vuoden aikana. Ennen oli, että maapallo oli litteä, ei pallomainen. Syy on ilmeinen: jos otat sen muodon pyöreäksi, vesi ja ihmiset eivät voi vastustaa.

Kuten näemme, ongelma oli olemassa täydellisen näkemyksen puuttuessa kaikista aktiiviset voimat. Onko mahdollista että moderni tiede kvanttifysiikan ymmärtämiseksi ei riitä kaikkien vaikuttavien voimien näkeminen. Vision aukot synnyttävät ristiriitaisuuksien ja paradoksien järjestelmän. Ehkä kvanttimekaniikan maaginen maailma sisältää vastaukset esitettyihin kysymyksiin.

Jos et ole vielä hämmästynyt kvanttifysiikan ihmeistä, niin tämän artikkelin jälkeen ajatuksesi kääntyy varmasti ylösalaisin. Tänään kerron teille, mitä kvanttikettuminen on, mutta yksinkertaisin sanoin, jotta kuka tahansa voi ymmärtää mitä se on.

Kietoutuminen maagisena yhteytenä

Sen jälkeen kun mikrokosmuksessa esiintyvät epätavalliset vaikutukset löydettiin, tutkijat päätyivät mielenkiintoiseen teoreettiseen oletukseen. Se seurasi juuri kvanttiteorian perusteista.

Aiemmin puhuin siitä, kuinka elektroni käyttäytyy hyvin oudosti.

Mutta kvanttihiukkasten sotkeutuminen on yleensä ristiriidassa terveen järjen kanssa, ylittää kaiken ymmärryksen.

Jos he olivat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, erotuksen jälkeen heidän välilleen jää maaginen yhteys, vaikka ne olisivatkin eronneet millään mielivaltaisen suurella etäisyydellä.

Maaginen siinä mielessä, että niiden välinen informaatio välittyy välittömästi.

Kuten kvanttimekaniikasta tiedetään, hiukkanen on ennen mittausta superpositiossa, eli sillä on useita parametreja kerralla, se on avaruudessa hämärtynyt eikä sillä ole tarkkaa spin-arvoa. Jos mittaus tehdään yhdelle aiemmin vuorovaikutuksessa olleista hiukkaspareista, eli aaltofunktio romahtaa, toinen reagoi välittömästi, välittömästi tähän mittaukseen. Ei ole väliä kuinka kaukana ne ovat toisistaan. Fantasiaa, eikö.

Kuten Einsteinin suhteellisuusteoriasta tiedetään, mikään ei voi ylittää valon nopeutta. Jotta tieto pääsisi yhdestä hiukkasesta toiseen, on välttämätöntä käyttää ainakin valon kulumisaikaa. Mutta yksi hiukkanen vain reagoi välittömästi toisen mittaukseen. Tieto valonnopeudella olisi saavuttanut hänet myöhemmin. Kaikki tämä ei sovi terveeseen järkeen.

Jos jaamme alkuainehiukkasparin nollalla yhteinen parametri spin, silloin yhdellä on oltava negatiivinen spin ja toisella positiivinen. Mutta ennen mittausta spinin arvo on superpositiossa. Heti kun mitasimme ensimmäisen hiukkasen spinin, näimme, että sillä on positiivinen arvo, joten heti toinen saa negatiivisen spinin. Jos päinvastoin, ensimmäinen hiukkanen saa negatiivisen spinin arvon, niin toinen saa välittömästi positiivisen arvon.

Tai sellainen analogia.

Meillä on kaksi palloa. Toinen on musta, toinen valkoinen. Peitimme ne läpinäkymättömillä laseilla, emme näe kumpi on kumpi. Sekaannumme kuten sormustuspeliin.

Jos avaat yhden lasin ja näet, että siinä on valkoinen pallo, toinen lasi on musta. Mutta aluksi emme tiedä kumpi on kumpi.

Näin on myös alkuainehiukkasten kanssa. Mutta ennen kuin katsot niitä, ne ovat superpositiossa. Ennen mittausta pallot ovat kuin värittömiä. Mutta kun yhden pallon superpositiota on tuhottu ja se on valkoinen, toisesta tulee heti musta. Ja tämä tapahtuu välittömästi riippumatta siitä, onko maassa vähintään yksi pallo ja toinen toisessa galaksissa. Meidän tapauksessamme valon saavuttaminen pallosta toiseen kestää satoja vuosia, ja toinen pallo oppii heti, että toisesta mitattiin, toistan. Niiden välillä on hämmennystä.

On selvää, että Einstein ja monet muut fyysikot eivät hyväksyneet tällaista tapahtumien lopputulosta, toisin sanoen kvanttisekoittumista. Hän piti kvanttifysiikan johtopäätöksiä virheellisinä, epätäydellisinä ja oletti, että joitain piilotettuja muuttujia puuttui.

Päinvastoin, yllä kuvattu Einsteinin paradoksi keksittiin osoittamaan, että kvanttimekaniikan johtopäätökset eivät pidä paikkaansa, koska sotkeutuminen on terveen järjen vastaista.

Tätä paradoksia kutsuttiin Einstein-Podolsky-Rosenin paradoksiksi, lyhennettynä EPR-paradoksiksi.

Mutta myöhemmin A. Aspectin ja muiden tutkijoiden tekemät kietoutumiskokeet osoittivat, että Einstein oli väärässä. Kvanttikietoutuminen on olemassa.

Ja nämä eivät enää olleet yhtälöistä johtuvia teoreettisia olettamuksia, vaan todellisia tosiasioita monista kvanttikietoutumiskokeista. Tiedemiehet näkivät tämän livenä, ja Einstein kuoli tietämättä totuutta.

Hiukkaset todella vuorovaikuttavat välittömästi, valonnopeuden rajoitukset eivät ole heille esteenä. Maailma osoittautui paljon mielenkiintoisemmaksi ja monimutkaisemmaksi.

Toistan, että kvanttikietoutuessa tapahtuu välitön tiedonsiirto, muodostuu maaginen yhteys.

Mutta miten tämä voi olla?

Nykypäivän kvanttifysiikka vastaa tähän kysymykseen tyylikkäällä tavalla. Hiukkasten välillä on välitöntä kommunikaatiota, ei siksi, että informaatio siirtyy hyvin nopeasti, vaan koska syvemmällä tasolla ne eivät yksinkertaisesti ole erillään, vaan ovat silti yhdessä. Ne ovat niin sanotussa kvanttisidonnassa.

Eli sekavuustila on sellainen järjestelmän tila, jossa sitä ei joidenkin parametrien tai arvojen mukaan voida jakaa erillisiin, täysin itsenäisiin osiin.

Esimerkiksi elektronit voivat vuorovaikutuksen jälkeen erota toisistaan ​​suurella etäisyydellä avaruudessa, mutta niiden spinit ovat silti yhdessä. Siksi kokeiden aikana spinit sopivat välittömästi keskenään.

Ymmärrätkö mihin tämä johtaa?

Tämän päivän tieto modernista kvanttifysiikasta, joka perustuu dekoherenssiteoriaan, perustuu yhteen asiaan.

On olemassa syvempi, ilmeinen todellisuus. Ja se, mitä havaitsemme tuttuna klassisena maailmana, on vain pieni osa, erikoistapaus perustavanlaatuisemmasta kvanttitodellisuudesta.

Se ei sisällä tilaa, aikaa, hiukkasten parametreja, vaan vain tietoa niistä, niiden mahdollisesta ilmenemismahdollisuudesta.

Juuri tämä tosiasia selittää kauniisti ja yksinkertaisesti, miksi edellisessä artikkelissa käsitelty aaltofunktion romahdus, kvanttikettuminen ja muut mikrokosmoksen ihmeet tapahtuvat.

Nykyään, kun puhutaan kvanttiketuutumisesta, he muistavat toisen maailman.

Toisin sanoen perustavanlaatuisemmalla tasolla alkuainehiukkanen on ilmentymätön. Se sijaitsee samanaikaisesti useissa pisteissä avaruudessa, sillä on useita pyörimisarvoja.

Sitten se voi joidenkin parametrien mukaan ilmetä klassisessa maailmassamme mittauksen aikana. Yllä käsitellyssä kokeessa kahdella hiukkasella on jo tietty avaruuskoordinaattiarvo, mutta niiden spinit ovat edelleen kvanttitodellisuudessa, ilmentymättöminä. Tilaa ja aikaa ei ole, joten hiukkasten spinit ovat lukittuneet yhteen huolimatta niiden välisestä valtavasta etäisyydestä.

Ja kun katsomme, mikä spin hiukkasella on, eli teemme mittauksen, niin vedämme spinin kvanttitodellisuudesta tavalliseen maailmaamme. Ja meistä näyttää siltä, ​​että hiukkaset vaihtavat tietoa välittömästi. Se on vain, että he olivat edelleen yhdessä yhdessä parametrissa, vaikka he olivat kaukana toisistaan. Heidän erottamisensa on itse asiassa illuusio.

Kaikki tämä näyttää oudolta, epätavalliselta, mutta tämä tosiasia on jo vahvistettu monilla kokeilla. Kvanttitietokoneet perustuvat maagiseen sotkeutumiseen.

Todellisuus osoittautui paljon monimutkaisemmaksi ja mielenkiintoisemmaksi.

Kvanttikietouden periaate ei sovi tavanomaiseen maailmakuvaamme.

Näin fyysikko-tieteilijä D.Bohm selittää kvanttisidonnan.

Oletetaan, että katsomme kaloja akvaariossa. Mutta joidenkin rajoitusten vuoksi emme voi katsoa akvaariota sellaisenaan, vaan vain sen heijastuksia, jotka on kuvattu kahdella edessä ja sivulla olevalla kameralla. Eli katsomme kaloja ja katsomme kahta televisiota. Kala näyttää meistä erilaiselta, kun kuvaamme sitä toisella kameralla edessä ja toisella profiilissa. Mutta ihmeen kaupalla heidän liikkeensä ovat selvästi johdonmukaisia. Heti kun ensimmäisen näytön kala kääntyy, kääntyy heti myös toinen. Olemme yllättyneitä, emmekä ymmärrä, että tämä on sama kala.

Se on siis kvanttikokeessa kahdella hiukkasella. Niiden rajoitusten vuoksi meistä näyttää siltä, ​​että kahden aiemmin vuorovaikutuksessa olleiden hiukkasten spinit ovat toisistaan ​​riippumattomia, koska nyt hiukkaset ovat kaukana toisistaan. Mutta todellisuudessa he ovat edelleen yhdessä, mutta kvanttitodellisuudessa, ei-paikallisessa lähteessä. Emme yksinkertaisesti katso todellisuutta sellaisena kuin se todellisuudessa on, vaan vääristyneenä, klassisen fysiikan puitteissa.

Kvanttiteleportaatio yksinkertaisella tavalla

Kun tiedemiehet oppivat kvanttisidoutumisesta ja välittömästä tiedonsiirrosta, monet ihmettelivät: onko teleportaatio mahdollista?

Se osoittautui todella mahdolliseksi.

Teleportaatiosta on jo tehty monia kokeita.

Menetelmän ydin voidaan helposti ymmärtää, jos ymmärrät yleinen periaate hämmennystä.

On hiukkanen, esimerkiksi elektroni A ja kaksi paria kietoutuneita elektroneja B ja C. Elektroni A ja pari B, C ovat eri pisteissä avaruudessa riippumatta siitä kuinka kaukana. Ja nyt muunnetaan hiukkaset A ja B kvanttiketkeilyksi, eli yhdistetään ne. Nyt C:stä tulee täsmälleen sama kuin A, koska niiden yleinen tila ei muutu. Toisin sanoen hiukkanen A on ikään kuin teleportoitu hiukkaselle C.

Nykyään on tehty monimutkaisempia teleportaatiokokeita.

Tietenkin kaikki tähän mennessä kokeet on tehty vain alkuainehiukkasia. Mutta täytyy myöntää, se on uskomatonta. Loppujen lopuksi me kaikki koostumme samoista hiukkasista, tiedemiehet sanovat, että makroobjektien teleportaatio ei teoriassa eroa. On tarpeen ratkaista vain monet tekniset ongelmat, ja tämä on vain ajan kysymys. Ehkä ihmiskunta saavuttaa kehityksessään kyvyn teleportoida suuria esineitä ja jopa itse henkilöä.

kvanttitodellisuus

Kvanttikietoutuminen on eheyttä, jatkuvuutta, yhtenäisyyttä syvemmällä tasolla.

Jos hiukkaset ovat joidenkin parametrien mukaan kvanttisekoittumassa, niin näiden parametrien mukaan niitä ei yksinkertaisesti voida jakaa erillisiin osiin. Ne ovat toisistaan ​​riippuvaisia. Tällaiset ominaisuudet ovat yksinkertaisesti fantastisia tutun maailman näkökulmasta, transsendenttisia, voisi sanoa, että toisaalta ja transsendenttisia. Mutta tämä on tosiasia, josta ei pääse pakoon. On aika tunnustaa se.

Mutta mihin tämä kaikki johtaa?

Osoittautuu, että monet ihmiskunnan henkiset opetukset ovat pitkään puhuneet tästä asioiden tilasta.

Näkemämme maailma, joka koostuu aineellisista esineistä, ei ole todellisuuden perusta, vaan vain pieni osa siitä eikä tärkein. On olemassa transsendentti todellisuus, joka asettaa, määrää kaiken, mitä tapahtuu maailmallemme ja siten myös meille.

Siellä ovat todelliset vastaukset ikuisiin kysymyksiin elämän tarkoituksesta, ihmisen todellisesta kehityksestä, onnen löytämisestä ja terveydestä.

Ja nämä eivät ole tyhjiä sanoja.

Kaikki tämä johtaa elämän arvojen uudelleen miettimiseen, ymmärtämiseen, että aineellisen vaurauden järjettömän tavoittelun lisäksi on jotain tärkeämpää ja korkeampaa. Ja tämä todellisuus ei ole jossain siellä, se ympäröi meitä kaikkialla, se läpäisee meihin, se on, kuten sanotaan, "käden ulottuvillamme".

Mutta puhutaanpa siitä seuraavissa artikkeleissa.

Katso nyt video kvanttisekoittumisesta.

Siirrymme sujuvasti kvanttisidoutumisesta teoriaan. Tästä lisää seuraavassa artikkelissa.

Kvanttikietoutuminen tai "pelattava toiminta etäisyydellä", kuten Albert Einstein sitä kutsui, on kvanttimekaaninen ilmiö, jossa kahden tai useamman kohteen kvanttitilat tulevat toisistaan ​​riippuvaisiksi. Tämä riippuvuus säilyy, vaikka esineet poistettaisiin toisistaan ​​useiden kilometrien päähän. Voit esimerkiksi sotkea fotoniparin, viedä yhden niistä toiseen galaksiin ja sitten mitata toisen fotonin spinin - ja se on vastakkainen ensimmäisen fotonin spinin kanssa ja päinvastoin. He yrittävät mukauttaa kvanttisidonnan välittömään tiedonsiirtoon jättimäisten etäisyyksien yli tai jopa teleportaatioon.

Nykyaikaiset tietokoneet tarjoavat melko paljon mahdollisuuksia erilaisten tilanteiden mallintamiseen. Kaikki laskelmat ovat kuitenkin jossain määrin "lineaarisia", koska ne noudattavat hyvin määriteltyjä algoritmeja eivätkä voi poiketa niistä. Ja tämä järjestelmä ei salli monimutkaisten mekanismien simulointia, joissa satunnaisuus on lähes vakio ilmiö. Tämä on elämän simulaatio. Ja millä laitteella se voisi tehdä? Kvanttitietokone! Yhdellä näistä koneista käynnistettiin suurin kvanttielämän simulointiprojekti.