Si riferisce a "Teoria dell'Universo"

entanglement quantistico

Ci sono così tanti buoni articoli su Internet che aiutano a sviluppare idee adeguate sugli "stati intrecciati" che resta da fare le selezioni più appropriate, costruendo il livello di descrizione che sembra accettabile per un sito con visione del mondo.

Oggetto dell'articolo: molte persone sono vicine all'idea che tutte le stranezze ammalianti degli stati intrecciati possano essere spiegate in questo modo. Mescoliamo palline bianche e nere, senza guardare le imballiamo in scatole e le inviamo in direzioni diverse. Apriamo la scatola da un lato, guarda: una palla nera, dopo di che siamo sicuri al 100% che sia bianca nell'altra scatola. È tutto:)

Lo scopo dell'articolo non è una rigida immersione in tutte le caratteristiche della comprensione degli "stati intrecciati", ma la compilazione di un sistema di idee generali, con una comprensione dei principi fondamentali. È così che dovrebbe essere su tutto :)

Impostiamo subito il contesto di definizione. Quando gli specialisti (e non i discussant che sono lontani da questa specificità, anche se in qualche modo sono scienziati) parlano dell'entanglement degli oggetti quantistici, non intendono che formi un tutto unico con una sorta di connessione, ma che un oggetto diventa caratteristiche quantistiche esattamente uguali alle altre (ma non tutte, ma quelle che consentono l'identità in una coppia secondo la legge di Pauli, quindi lo spin di una coppia entangled non è identico, ma reciprocamente complementare). Quelli. questo non è un collegamento e un processo di interazione, anche se può essere descritto da una funzione comune. Questa è una caratteristica di uno stato che può essere “teletrasportato” da un oggetto all'altro (tra l'altro, anche qui è comune l'errata interpretazione della parola “teletrasporto”). Se non lo decidi immediatamente, puoi andare molto lontano nel misticismo. Pertanto, in primo luogo, tutti coloro che sono interessati alla questione dovrebbero essere chiaramente sicuri di cosa si intende esattamente per "confusione".

Il motivo per cui questo articolo è stato avviato si riduce a una domanda. La differenza tra il comportamento degli oggetti quantistici e degli oggetti classici si manifesta nell'unico metodo di verifica finora noto: se una certa condizione di verifica è soddisfatta o meno - la disuguaglianza di Bell (maggiori dettagli di seguito), che per gli oggetti quantistici "entangled" si comporta come se esiste una connessione tra oggetti inviati in direzioni diverse. Ma la connessione, per così dire, non è reale, perché. né le informazioni né l'energia possono essere trasmesse.

Inoltre, questa relazione non dipende né distanza né tempo: se due oggetti fossero "aggrovigliati", allora, indipendentemente dalla sicurezza di ciascuno di essi, il secondo si comporta come se la connessione esistesse ancora (sebbene la presenza di tale connessione possa essere rilevata solo misurando entrambi gli oggetti, tale misura può essere separati nel tempo: prima misura, poi distruggi uno degli oggetti e misura il secondo dopo (vedi ad esempio R. Penrose). È chiaro che qualsiasi tipo di "connessione" diventa difficile da capire in questo caso, e la domanda sorge come segue: la legge della probabilità di uscire dal parametro misurato (che è descritto dalla funzione d'onda) può essere tale che la disuguaglianza non è violata a ciascuno dei fini, e con statistiche generali da entrambi i fini - è stata violata - e senza alcun collegamento, ovviamente, tranne che per il collegamento mediante un atto di emergenza generale.

Darò una risposta in anticipo: sì, forse, a patto che queste probabilità non siano "classiche", ma operino con variabili complesse per descrivere una "sovrapposizione di stati" - come se trovassero contemporaneamente tutti gli stati possibili con una certa probabilità per ciascuno.

Per gli oggetti quantistici, il descrittore del loro stato (funzione d'onda) è proprio questo. Se parliamo di descrivere la posizione di un elettrone, la probabilità di trovarlo determina la topologia della "nuvola": la forma dell'orbitale dell'elettrone. Qual è la differenza tra classico e quantistico?

Immagina una ruota di bicicletta che gira rapidamente. C'è un disco riflettente laterale rosso attaccato ad esso da qualche parte, ma possiamo vedere solo un'ombra più densa di sfocatura in questo punto. La probabilità che, dopo aver inserito un bastoncino nella ruota, il riflettore si fermi in una determinata posizione dal bastoncino è semplicemente determinata: un bastoncino - una posizione. Sunem due bastoni, ma solo quello che appare un po' prima fermerà la ruota. Se proviamo ad attaccare i bastoncini completamente contemporaneamente, ottenendo che non c'è tempo tra le estremità del bastone che entrano in contatto con la ruota, allora apparirà una certa incertezza. In "non c'era tempo" tra le interazioni con l'essenza dell'oggetto - l'intera essenza della comprensione dei miracoli quantistici :)

La velocità di "rotazione" di ciò che determina la forma di un elettrone (polarizzazione - la propagazione di un disturbo elettrico) è uguale alla velocità limite con cui qualsiasi cosa può propagarsi in natura (la velocità della luce nel vuoto). Conosciamo la conclusione della teoria della relatività: in questo caso, il tempo per questa perturbazione diventa zero: non c'è nulla in natura che possa realizzarsi tra due punti qualsiasi di propagazione di questa perturbazione, non c'è tempo per essa. Ciò significa che la perturbazione è in grado di interagire con qualsiasi altro "stick" che la colpisce senza perdere tempo - contemporaneamente. E la probabilità di quale risultato si otterrà in un particolare punto dello spazio durante l'interazione dovrebbe essere calcolata dalla probabilità che tenga conto di questo effetto relativistico: a causa del fatto che non c'è tempo per un elettrone, non è in grado di scegli la minima differenza tra i due "stick" durante l'interazione con loro e lo fa contemporaneamente dal suo "punto di vista": l'elettrone passa attraverso due slot contemporaneamente con densità d'onda diversa in ciascuno e poi interferisce con se stesso come due onde sovrapposte.

Ecco la differenza tra le descrizioni delle probabilità nei classici e nei quanti: le correlazioni quantistiche sono "più forti" di quelle classiche. Se il risultato di un lancio di monete dipende da molti fattori che influenzano, ma in generale sono determinati in modo univoco in modo tale che basta solo costruire una macchina precisa per lanciare monete, e cadranno allo stesso modo, allora la casualità " scomparso”. Se, tuttavia, realizziamo un automa che si insinua in una nuvola di elettroni, il risultato sarà determinato dal fatto che ogni poke colpirà sempre qualcosa, solo con una densità diversa dell'essenza dell'elettrone in questo luogo. Non ci sono altri fattori, a parte la distribuzione statica della probabilità di trovare nell'elettrone il parametro misurato, e si tratta di un determinismo di tutt'altro genere rispetto ai classici. Ma questo è anche determinismo; è sempre calcolabile, riproducibile, solo con una singolarità descritta dalla funzione d'onda. Allo stesso tempo, tale determinismo quantistico riguarda solo una descrizione olistica dell'onda quantistica. Ma, vista l'assenza di un tempo adeguato per un quanto, interagisce in modo assolutamente casuale, cioè non esiste un criterio per prevedere in anticipo il risultato della misurazione della totalità dei suoi parametri. In questo significato di e (nella visione classica), è assolutamente non deterministico.

L'elettrone esiste realmente e realmente sotto forma di formazione statica (e non un punto rotante in orbita) - un'onda stazionaria di perturbazione elettrica, che ha un altro effetto relativistico: perpendicolare al piano principale di "propagazione" (è chiaro perché tra virgolette :) campo elettrico esiste anche una regione statica di polarizzazione, che è in grado di influenzare la stessa regione di un altro elettrone: il momento magnetico. La polarizzazione elettrica in un elettrone dà l'effetto di una carica elettrica, il suo riflesso nello spazio sotto forma della possibilità di influenzare altri elettroni - sotto forma di carica magnetica, che non esiste di per sé senza una carica elettrica. E se in un atomo elettricamente neutro le cariche elettriche sono compensate dalle cariche dei nuclei, allora quelle magnetiche possono essere orientate in una direzione e otterremo un magnete. Per una comprensione più profonda di questo - nell'articolo .

La direzione in cui è diretto il momento magnetico di un elettrone si chiama spin. Quelli. rotazione - una manifestazione del metodo di sovrapposizione di un'onda di deformazione elettrica su se stessa con la formazione di un'onda stazionaria. Il valore numerico dello spin corrisponde alla caratteristica della sovrapposizione dell'onda su se stessa Per un elettrone: +1/2 o -1/2 (il segno simboleggia la direzione dello spostamento laterale della polarizzazione - il "magnetico" vettore).

Se c'è un elettrone sullo strato di elettroni esterno di un atomo e improvvisamente un altro si unisce ad esso (formazione legame covalente), quindi, come due magneti, entrano immediatamente in posizione 69, formando una configurazione accoppiata con un'energia di legame che deve essere rotta per separare nuovamente questi elettroni. Lo spin totale di una tale coppia è 0.

Lo spin è il parametro che gioca un ruolo importante quando si considerano gli stati entangled. Per un quanto elettromagnetico a propagazione libera, l'essenza del parametro condizionale "spin" è sempre la stessa: l'orientamento della componente magnetica del campo. Ma non è più statico e non porta all'emergenza momento magnetico. Per risolverlo, non è necessario un magnete, ma uno slot per polarizzatore.

Per seminare idee sugli entanglement quantistici, suggerisco di leggere un popolare e breve articolo di Alexei Levin: Passione in lontananza . Si prega di seguire il link e leggere prima di continuare :)

Quindi, parametri di misurazione specifici vengono realizzati solo durante la misurazione, e prima esistevano nella forma della distribuzione di probabilità che costituiva la statica degli effetti relativistici della dinamica di propagazione della polarizzazione del microcosmo visibile al macrocosmo. Comprendere l'essenza di ciò che sta accadendo nel mondo quantistico significa penetrare nelle manifestazioni di tali effetti relativistici, che di fatto conferiscono all'oggetto quantistico le proprietà di essere contemporaneamente in stati diversi fino al momento di una particolare misurazione.

Uno "stato entangled" è uno stato completamente deterministico di due particelle che hanno una dipendenza così identica dalla descrizione delle proprietà quantistiche che appaiono correlazioni coerenti ad entrambe le estremità, a causa delle peculiarità dell'essenza della statica quantistica, che hanno un comportamento coerente. A differenza delle statistiche macro, in statistica quantisticaè possibile preservare tali correlazioni per oggetti separati nello spazio e nel tempo e precedentemente coordinati in termini di parametri. Ciò si manifesta nelle statistiche sull'adempimento delle disuguaglianze di Bell.

Qual è la differenza tra la funzione d'onda (la nostra descrizione astratta) degli elettroni districati di due atomi di idrogeno (nonostante il fatto che i suoi parametri siano numeri quantici generalmente accettati)? Niente, tranne che lo spin dell'elettrone spaiato è casuale senza violare le disuguaglianze di Bell. Nel caso della formazione di un orbitale sferico accoppiato nell'atomo di elio, o nei legami covalenti di due atomi di idrogeno, con la formazione di un orbitale molecolare generalizzato da due atomi, i parametri dei due elettroni risultano essere reciprocamente coerenti . Se gli elettroni entangled vengono divisi e iniziano a muoversi in direzioni diverse, nella loro funzione d'onda appare un parametro che descrive lo spostamento della densità di probabilità nello spazio dal tempo: la traiettoria. E questo non significa affatto che la funzione sia sparpagliata nello spazio, semplicemente perché la probabilità di trovare un oggetto diventa zero a una certa distanza da esso, e nulla rimane indietro per indicare la probabilità di trovare un elettrone. Ciò è tanto più evidente nel caso in cui la coppia sia distanziata nel tempo. Quelli. ci sono due descrittori locali e indipendenti di particelle che si muovono in direzioni opposte. Sebbene sia ancora possibile utilizzare un descrittore generale, è diritto di chi formalizza :)

Inoltre, l'ambiente delle particelle non può rimanere indifferente ed è anche soggetto a modifica: i descrittori della funzione d'onda delle particelle dell'ambiente cambiano e partecipano alla statistica quantistica risultante dalla loro influenza (dando origine a fenomeni come la decoerenza). Ma di solito non viene mai in mente a nessuno di descrivere questa come una funzione d'onda generale, sebbene anche questo sia possibile.

In molte fonti puoi conoscere in dettaglio questi fenomeni.

MB Mensky scrive:

"Uno degli scopi di questo articolo... è quello di sostanziare il punto di vista secondo cui esiste una formulazione della meccanica quantistica in cui non sorgono paradossi e all'interno della quale si può rispondere a tutte le domande che di solito si pongono i fisici. I paradossi sorgono solo quando il ricercatore non è soddisfatto di questo livello "fisico" della teoria, quando solleva questioni che non sono consuete in fisica, cioè quando si prende la libertà di cercare di andare oltre i limiti della fisica.. ...Le caratteristiche specifiche della meccanica quantistica associate agli stati entangled sono state inizialmente formulate in connessione con il paradosso EPR, ma al momento non sono percepite come paradossali. Per le persone che lavorano professionalmente con il formalismo della meccanica quantistica (cioè, per la maggior parte dei fisici), non c'è nulla di paradossale né nelle coppie EPR, né anche in stati entangled molto complessi con un gran numero di termini e un gran numero di fattori in ogni termine. I risultati di qualsiasi esperimento con tali stati sono, in linea di principio, facili da calcolare (sebbene siano ovviamente possibili difficoltà tecniche nel calcolo di stati entangled complessi)."

Anche se, va detto, nel ragionamento sul ruolo della coscienza, scelta consapevole nella meccanica quantistica, Mensky risulta essere colui che prende " prenditi la libertà di cercare di andare oltre la fisica". Questo ricorda i tentativi di avvicinarsi ai fenomeni della psiche. Come professionista quantistico, Mensky è bravo, ma nei meccanismi della psiche lui, come Penrose, è ingenuo.

Molto brevemente e in modo condizionale (solo per coglierne l'essenza) sull'uso degli stati entangled nella crittografia quantistica e nel teletrasporto (perché questo è ciò che colpisce l'immaginazione di spettatori riconoscenti).

Quindi, crittografia. Devi inviare la sequenza 1001

Usiamo due canali. Sul primo avviamo una particella entangled, sul secondo - informazioni su come interpretare i dati ricevuti sotto forma di un bit.

Supponiamo che esista un possibile stato alternativo del parametro della meccanica quantistica utilizzato spin negli stati condizionali: 1 o 0. In questo caso, la probabilità che cadano con ciascuna coppia di particelle rilasciata è veramente casuale e non trasmette alcun significato a.

Primo trasferimento. Quando si misura qui si è scoperto che lo stato della particella è 1. Ciò significa che l'altra ha 0. Per farlo volume alla fine per ottenere l'unità richiesta, trasmettiamo il bit 1. Là misurano lo stato della particella e, per scoprire cosa significa, lo sommano all'1 trasmesso. Ottengono 1. Allo stesso tempo, controllano con il bianco che l'entanglement non sia stato rotto, cioè infa non viene intercettato.

Secondo trasferimento. È uscito di nuovo lo stato 1. L'altro ha 0. Passiamo le informazioni - 0. Lo sommiamo, otteniamo lo 0 richiesto.

Terza marcia. Lo stato qui è 0. Lì, significa - 1. Per ottenere 0, passiamo 0. Aggiungiamo, otteniamo 0 (nel bit meno significativo).

Il quarto. Qui - 0, là - 1, è necessario che venga interpretato come 1. Passiamo informazioni - 0.

Qui in questo principio. L'intercettazione del canale info è inutile a causa di una sequenza completamente non correlata (crittografia con la chiave di stato della prima particella). Intercettazione di un canale aggrovigliato: interrompe la ricezione e viene rilevato. Le statistiche di trasmissione da entrambe le estremità (l'estremità ricevente ha tutti i dati necessari sull'estremità trasmessa) secondo Bell determina la correttezza e la non intercettazione della trasmissione.

Questo è ciò che riguarda il teletrasporto. Non c'è un'imposizione arbitraria di uno stato su una particella, ma solo una previsione di quale sarà questo stato dopo (e solo dopo) che la particella qui viene rimossa dalla connessione mediante misurazione. E poi dicono, tipo, che c'è stato un trasferimento di uno stato quantistico con la distruzione dello stato complementare al punto di partenza. Avendo ricevuto informazioni sullo stato qui, si può in un modo o nell'altro correggere il parametro della meccanica quantistica in modo che risulti identico a quello qui, ma non sarà più qui, e si parla del divieto di clonazione in uno stato vincolato.

Sembra che nessun analogo di questi fenomeni nel macrocosmo, niente palline, mele, ecc. dalla meccanica classica non può servire a interpretare la manifestazione di tale natura degli oggetti quantistici (infatti non ci sono ostacoli fondamentali a questo, che verranno mostrati di seguito nel link finale). Questa è la difficoltà principale per chi vuole avere una "spiegazione" visibile. Ciò non significa che una cosa del genere non sia concepibile, come talvolta si sostiene. Ciò significa che è necessario lavorare in modo piuttosto scrupoloso sulle rappresentazioni relativistiche, che svolgono un ruolo decisivo nel mondo quantistico e connettono il mondo dei quanti con il mondo macro.

Ma neanche questo è necessario. Ricordiamo il compito principale della rappresentazione: quale dovrebbe essere la legge di materializzazione del parametro misurato (che è descritto dalla funzione d'onda), in modo che la disuguaglianza non venga violata a ciascuna estremità e con statistiche comuni da entrambe le estremità è violato. Ci sono molte interpretazioni per capirlo usando astrazioni ausiliarie. Parlano della stessa cosa lingue differenti tali astrazioni. Di questi, due sono i più significativi in ​​termini di correttezza condivisa tra i portatori di rappresentazioni. Spero che dopo quanto detto sia chiaro cosa si intende :)

Interpretazione di Copenaghen da un articolo sul paradosso Einstein-Podolsky-Rosen:

" (EPR-paradosso) - un apparente paradosso... Immaginiamo infatti che su due pianeti in parti diverse della Galassia ci siano due monete che cadono sempre allo stesso modo. Se registri i risultati di tutti i lanci e poi li confronti, corrisponderanno. Le gocce stesse sono casuali, non possono essere influenzate in alcun modo. È impossibile, ad esempio, concordare sul fatto che un'aquila sia un'unità e una coda sia uno zero, e quindi trasmettere un codice binario. Dopotutto, la sequenza di zeri e uno sarà casuale su entrambe le estremità del filo e non avrà alcun significato.

Si scopre che il paradosso ha una spiegazione logicamente compatibile sia con la teoria della relatività che con la meccanica quantistica.

Si potrebbe pensare che questa spiegazione sia troppo poco plausibile. È così strano che Albert Einstein non abbia mai creduto in un "dio che gioca a dadi". Ma attenti test sperimentali sulle disuguaglianze di Bell hanno dimostrato che ci sono incidenti non locali nel nostro mondo.

È importante sottolineare una conseguenza di questa logica già menzionata: le misurazioni su stati entangled solo non violeranno la relatività e la causalità se sono veramente casuali. Non dovrebbe esserci alcun collegamento tra le circostanze della misurazione e il disturbo, nemmeno la minima regolarità, perché altrimenti ci sarebbe la possibilità di una trasmissione istantanea dell'informazione. Pertanto, la meccanica quantistica (nell'interpretazione di Copenaghen) e l'esistenza di stati entangled dimostrano l'esistenza dell'indeterminismo in natura."

In un'interpretazione statistica, ciò è mostrato attraverso il concetto di "insiemi statistici" (lo stesso):

Dal punto di vista dell'interpretazione statistica, i veri oggetti di studio della meccanica quantistica non sono singoli microoggetti, ma insiemi statistici di microoggetti che si trovano nelle stesse macro condizioni. Di conseguenza, la frase "la particella è in questo e tale stato" significa in realtà "la particella appartiene a tale e tale insieme statistico" (costituito da molte particelle simili). Pertanto, la scelta dell'uno o dell'altro sottoinsieme nell'insieme iniziale cambia significativamente lo stato della particella, anche se non vi è stato alcun impatto diretto su di essa.

Come semplice illustrazione, considera il seguente esempio. Prendiamo 1000 monete colorate e lasciamole cadere su 1000 fogli di carta. La probabilità che un "aquila" venga stampata su un foglio scelto a caso da noi è 1/2. Nel frattempo, per i fogli su cui le monete sono "croce" in su, la stessa probabilità è 1 - cioè abbiamo l'opportunità di indirettamente stabilire la natura della stampa su carta, guardando non il foglio stesso, ma solo la moneta. Tuttavia, l'insieme associato a tale "misurazione indiretta" è completamente diverso da quello originale: non contiene più 1000 fogli di carta, ma solo circa 500!

Pertanto, la confutazione della relazione di incertezza nel “paradosso” dell'EPR sarebbe valida solo se per l'insieme iniziale fosse possibile selezionare contemporaneamente un sottoinsieme non vuoto sia sulla base della quantità di moto che sulla base delle coordinate spaziali. Ma è proprio l'impossibilità di una tale scelta ad essere affermata dalla relazione di incertezza! In altre parole, il “paradosso” dell'EPR si rivela in realtà un circolo vizioso: presuppone la falsità del fatto confutato.

Variante con un "segnale superluminale" da una particella UN ad una particella B si basa anche sull'ignorare il fatto che le distribuzioni di probabilità dei valori delle quantità misurate non caratterizzano una coppia specifica di particelle, ma un insieme statistico contenente un numero enorme di tali coppie. Qui, come una situazione simile, possiamo considerare la situazione in cui una moneta colorata viene lanciata su un foglio al buio, dopodiché il foglio viene estratto e rinchiuso in una cassaforte. La probabilità che su un foglio venga impressa un'"aquila" è a priori pari a 1/2 e il fatto che diventi immediatamente 1 se accendiamo la luce e ci assicuriamo che la moneta sia "croce" non tutti indicano la capacità del nostro sguardo di appannarsi per influenzare in modo immaginario gli oggetti rinchiusi nella cassaforte.

Di più: Interpretazioni di AA Pechenkin Ensemble della meccanica quantistica negli Stati Uniti e nell'URSS.

E un'altra interpretazione da http://ru.philosophy.kiev.ua/iphras/library/phnauk5/pechen.htm :

L'interpretazione modale di Van Fraassen parte dal fatto che lo stato di un sistema fisico cambia solo causalmente, cioè secondo l'equazione di Schrödinger, tuttavia, questo stato non determina in modo univoco i valori quantità fisiche rilevato durante la misurazione.

Popper fornisce qui il suo esempio preferito: un biliardo per bambini (una tavola rivestita di aghi, su cui una palla di metallo, che simboleggia un sistema fisico, rotola dall'alto - il biliardo stesso simboleggia un dispositivo sperimentale). Quando la palla è in cima al biliardo, abbiamo una disposizione, una propensione a raggiungere un punto in fondo al tabellone. Se sistemavamo la palla da qualche parte nel mezzo del tabellone, cambiavamo le specifiche dell'esperimento e ottenevamo una nuova predisposizione. L'indeterminismo quantomeccanico è qui conservato integralmente: Popper afferma che il biliardo non è un sistema meccanico. Non siamo in grado di tracciare la traiettoria della palla. Ma la “riduzione del pacchetto d'onda” non è un atto di osservazione soggettiva, è una ridefinizione consapevole della situazione sperimentale, un restringimento delle condizioni dell'esperienza.

Per riassumere i fatti

1. Nonostante l'assoluta casualità della perdita di un parametro quando si misura la massa di coppie di particelle aggrovigliate, la consistenza si manifesta in ciascuna di queste coppie: se una particella in una coppia risulta avere spin 1, allora l'altra particella in un la coppia ha lo spin opposto. Questo è comprensibile in linea di principio: poiché in uno stato accoppiato non possono esserci due particelle che hanno lo stesso spin nello stesso stato energetico, quindi quando si dividono, se viene preservata la consistenza, gli spin sono ancora coerenti. Non appena viene determinato lo spin di uno, lo spin dell'altro diventerà noto, nonostante il fatto che la casualità dello spin nelle misurazioni da entrambi i lati sia assoluta.

Permettetemi di chiarire brevemente l'impossibilità di stati completamente identici di due particelle in un punto nello spazio-tempo, che nel modello della struttura del guscio elettronico di un atomo è chiamato principio di Pauli, e nella considerazione della meccanica quantistica degli stati coerenti - il principio dell'impossibilità di clonare oggetti aggrovigliati.

C'è qualcosa (finora sconosciuto) che impedisce davvero a un quanto o alla sua particella corrispondente di trovarsi in uno stato locale con un altro - completamente identico nei parametri quantistici. Ciò si realizza, ad esempio, nell'effetto Casimir, quando i quanti virtuali tra le lastre possono avere una lunghezza d'onda non superiore allo spazio vuoto. E questo si realizza particolarmente chiaramente nella descrizione di un atomo, quando gli elettroni di un dato atomo non possono avere parametri identici in tutto, che è assiomaticamente formalizzato dal principio di Pauli.

Sul primo strato più vicino si trovano solo 2 elettroni a forma di sfera (S-elettroni). Se ce ne sono due, allora hanno giri diversi e sono accoppiati (aggrovigliati), formando un'onda comune con l'energia di legame che deve essere applicata per rompere questa coppia.

Nel secondo livello, più distante e più energico, possono esserci 4 "orbitali" di due elettroni accoppiati sotto forma di un'onda stazionaria a forma di otto volume (p-elettroni). Quelli. maggiore energia i occupa più spazio e permette a più coppie accoppiate di coesistere. Dal primo strato, il secondo differisce energeticamente per 1 possibile stato energetico discreto (più elettroni esterni, che descrivono una nuvola spazialmente più grande, hanno anche un'energia maggiore).

Il terzo strato consente già spazialmente di avere 9 orbite a forma di quadrifoglio (d-elettroni), il quarto - 16 orbite - 32 elettroni, il modulo che assomigliano anche agli otto del volume in diverse combinazioni ( f-elettroni).

Forme di nubi di elettroni:

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

Un tale insieme di stati discretamente diversi - numeri quantici - caratterizza i possibili stati locali degli elettroni. Ed ecco cosa ne viene fuori.

Quando due elettroni con spin diversiunolivello di energia (sebbene ciò non sia fondamentalmente necessario: http://www.membrana.ru/lenta/?9250) coppia, si forma quindi un comune "orbitale molecolare" con un livello di energia ridotto dovuto all'energia e al legame. Due atomi di idrogeno, ciascuno con un elettrone spaiato, formano una sovrapposizione comune di questi elettroni: un legame (semplice covalente). Finché esiste - veramente due elettroni hanno una dinamica coordinata comune - una funzione d'onda comune. Per quanto? La "temperatura" o qualcos'altro che può compensare l'energia del legame lo spezza. Gli atomi volano via con elettroni che non hanno più un'onda comune, ma ancora in uno stato di entanglement complementare e reciprocamente coerente. Ma non c'è più connessione :) Ecco il momento in cui non vale più la pena parlare della funzione d'onda generale, anche se le caratteristiche probabilistiche in termini di meccanica quantistica rimangono le stesse come se questa funzione continuasse a descrivere l'onda generale. Questo significa solo preservare la capacità di manifestare una correlazione coerente.

Il metodo per ottenere elettroni entangled attraverso la loro interazione è descritto: http://www.scientific.ru/journal/news/n231201.html o popolarmente-schematicamente - in http://www.membrana.ru/articles/technic/2002/02/08/170200.html : " Per creare una "relazione di incertezza" per gli elettroni, cioè per "confonderli", è necessario assicurarsi che siano identici sotto ogni aspetto, quindi sparare questi elettroni al divisore di fascio (divisore di fascio). Il meccanismo "divide" ciascuno degli elettroni, portandoli in uno stato quantistico di "sovrapposizione", a seguito del quale l'elettrone si muoverà lungo uno dei due percorsi con uguale probabilità.".

2. Con le statistiche di misurazione su entrambi i lati, la coerenza reciproca della casualità a coppie può portare a una violazione della disuguaglianza di Bell in determinate condizioni. Ma non attraverso l'uso di un'essenza meccanica quantistica speciale, ma sconosciuta.

Il seguente piccolo articolo (basato sulle idee esposte da R. Pnrose) permette di tracciare (mostrare il principio, esempio) come ciò sia possibile: Relatività delle disuguaglianze di Bell o La nuova mente del re nudo. Ciò è dimostrato anche nel lavoro di AV Belinsky, pubblicato in Uspekhi fizicheskikh nauk: il teorema di Bell senza l'assunzione di località. Un altro lavoro di A.V. Belinsky per la riflessione da parte di coloro che sono interessati: il teorema di Bell per le osservabili tricotomiche, nonché una discussione con df-ms, prof., acad. Valery Borisovich Morozov (corifeo generalmente riconosciuto dei forum del Dipartimento di Fisica del FRTK-MIPT e dei "club"), dove Morozov propone all'esame entrambi questi lavori di A.V. Belinsky: Experience of Aspect: a question for Morozov. E oltre al tema della possibilità di violazione delle disuguaglianze di Bell senza introdurre alcuna azione a lungo raggio: Bell's Inequality Modeling.

Attiro la vostra attenzione sul fatto che "Relatività delle disuguaglianze di Bell o la nuova mente del re nudo", così come "Teorema di Bell senza assunzione di località" nel contesto di questo articolo non pretendono di descrivere il meccanismo della meccanica quantistica intreccio. Il problema è mostrato nell'ultima frase del primo collegamento: "Non c'è motivo di riferirsi alla violazione delle disuguaglianze di Bell come a una confutazione indiscutibile di qualsiasi modello di realismo locale". quelli. il limite del suo utilizzo è il teorema affermato all'inizio: "Potrebbero esserci modelli di località classica in cui si violano le disuguaglianze di Bell.". A proposito di questo - ulteriori spiegazioni nella discussione.

Porterò il mio modello.
La "violazione del realismo locale" è solo un effetto relativistico.
Nessuno (normale) contesta il fatto che per un sistema che si muove alla velocità limite (la velocità della luce nel vuoto) non c'è né spazio né tempo (la trasformazione di Lorentz in questo caso dà tempo e spazio zero), cioè per un quanto è sia qui che là, per quanto lontano possa essere lì.
È chiaro che i quanti entangled hanno il loro punto di partenza. E gli elettroni sono gli stessi quanti nello stato di un'onda stazionaria, cioè esistendo qua e là contemporaneamente per l'intera vita dell'elettrone. Tutte le proprietà dei quanti risultano essere predeterminate per noi, coloro che lo percepiamo dall'esterno, ecco perché. Alla fine siamo fatti di quanti che sono qua e là. Per loro, la velocità di propagazione dell'interazione (velocità limite) è infinitamente alta. Ma tutti questi infiniti sono diversi, così come in diverse lunghezze di segmenti, sebbene ciascuno abbia un numero infinito di punti, ma il rapporto di questi infiniti dà il rapporto delle lunghezze. Così ci appaiono il tempo e lo spazio.
Per noi il realismo locale viene violato negli esperimenti, ma non per i quanti.
Ma questa discrepanza non intacca in alcun modo la realtà, perché non possiamo usare in pratica una velocità così infinita. Né le informazioni, né, in particolare la materia, vengono trasmesse all'infinito durante il "teletrasporto quantistico".
Quindi tutto questo è uno scherzo di effetti relativistici, niente di più. Possono essere usati nella crittografia quantistica o altro, né possono essere usati per una vera azione a lungo raggio.

Osserviamo visivamente l'essenza di ciò che mostrano le disuguaglianze di Bell.
1. Se l'orientamento dei misuratori su entrambe le estremità è lo stesso, la misurazione della rotazione su entrambe le estremità sarà sempre l'opposto.
2. Se l'orientamento dei metri è opposto, il risultato sarà lo stesso.
3. Se l'orientamento del misuratore sinistro differisce dall'orientamento di quello destro per meno di un certo angolo, allora verrà implementato il punto 1 e le coincidenze rientreranno nella probabilità prevista da Bell per le particelle indipendenti.
4. Se l'angolo supera, allora - il punto 2 e le partite saranno maggiori della probabilità prevista da Bell.

Quelli. con un angolo più piccolo, otterremo valori prevalentemente opposti degli spin e con un angolo maggiore, prevalentemente coincidenti.
Perché ciò avvenga con lo spin si può immaginare, tenendo presente che lo spin di un elettrone è un magnete, ed è anche misurato dall'orientamento del campo magnetico (o in un quanto libero, lo spin è la direzione di polarizzazione e si misura dall'orientamento dello spazio vuoto attraverso il quale deve cadere il piano di rotazione di polarizzazione).
È chiaro che inviando magneti che inizialmente erano collegati e mantenevano il loro orientamento reciproco quando inviati, noi campo magnetico quando misuriamo, li influenzeremo (girando in una direzione o nell'altra) allo stesso modo dei paradossi quantistici.
È chiaro che quando incontra un campo magnetico (compreso lo spin di un altro elettrone), lo spin si orienta necessariamente in accordo con esso (reciprocamente opposto nel caso dello spin di un altro elettrone). Pertanto, dicono che "l'orientamento della rotazione sorge solo durante la misurazione", ma allo stesso tempo dipende dalla sua posizione iniziale (in quale direzione ruotare) e dalla direzione di influenza del misuratore.
È chiaro che per questo non sono necessarie azioni a lungo raggio, così come non è necessario prescrivere tale comportamento nello stato iniziale delle particelle.
Ho motivo di credere che finora, quando si misura lo spin dei singoli elettroni, gli stati intermedi dello spin non vengono presi in considerazione, ma solo prevalentemente - lungo il campo di misura e contro il campo. Esempi di metodi: , . Vale la pena prestare attenzione alla data di sviluppo di questi metodi, che è successiva agli esperimenti sopra descritti.
Il modello presentato, ovviamente, è semplificato (nei fenomeni quantistici, lo spin non è esattamente i veri magneti, sebbene forniscano tutti i fenomeni magnetici osservati) e non tiene conto di molte sfumature. Non si tratta quindi di una descrizione di un fenomeno reale, ma solo di spettacoli principio possibile. E mostra anche quanto sia brutto fidarsi semplicemente del formalismo descrittivo (formule) senza comprendere l'essenza di ciò che sta accadendo.
Allo stesso tempo, il teorema di Bell è corretto nella formulazione dell'articolo di Aspek: "è impossibile trovare una teoria con un parametro aggiuntivo che soddisfi descrizione generale che riproduce tutte le previsioni della meccanica quantistica." e per niente nella formulazione di Penrose: "si scopre che è impossibile riprodurre le previsioni della teoria quantistica in questo modo (non quantistico)." modelli, fatta eccezione per la meccanica quantistica esperimento, la violazione delle disuguaglianze di Bell non è possibile.

Si tratta di un esempio interpretativo alquanto esagerato, si potrebbe dire volgare, semplicemente per mostrare come si possa essere ingannati in tali risultati. Ma diamo un significato chiaro a ciò che Bell voleva dimostrare e ciò che effettivamente accade. Bell ha creato un esperimento che mostra che non esiste un "algoritmo" preesistente nell'entanglement, una correlazione predeterminata (come insistevano in quel momento gli oppositori, dicendo che ci sono alcuni parametri nascosti che determinano tale correlazione). E poi le probabilità nei suoi esperimenti dovrebbero essere superiori alla probabilità di un processo davvero casuale (perché è ben descritto di seguito).
MA in effetti, hanno semplicemente le stesse dipendenze probabilistiche. Cosa significa? Ciò significa che non esiste una connessione predeterminata e predeterminata tra la fissazione di un parametro mediante misurazione, ma un tale risultato di fissazione deriva dal fatto che i processi hanno la stessa funzione di probabilità (complementare) (che, in generale, deriva direttamente dalla concetti meccanici), è che è la realizzazione del parametro durante la fissazione, che non è stato definito per l'assenza di spazio e tempo nel suo "quadro di riferimento" a causa della massima dinamica possibile della sua esistenza (l'effetto relativistico formalizzato dalle trasformazioni di Lorentz , vedi Vuoto, quanti, materia).

Brian Greene descrive così l'essenza metodologica dell'esperienza di Bell nel suo libro The Fabric of the Cosmos. Da lui ognuno dei due giocatori ha ricevuto molte scatole, ciascuna con tre porte. Se il primo giocatore apre la stessa porta del secondo in una scatola con lo stesso numero, lampeggia con la stessa luce: rossa o blu.
Il primo giocatore, Scully presume che ciò sia assicurato dal programma di colori dei flash incorporato in ogni coppia, a seconda della porta, il secondo giocatore Mulder crede che i flash seguano con uguale probabilità, ma sono in qualche modo collegati (da un'azione a lungo raggio non locale ). Secondo il secondo giocatore, l'esperienza decide tutto: se il programma lo è, allora la probabilità che gli stessi colori vengano aperti casualmente quando vengono aperte diverse porte dovrebbe essere superiore al 50%, contrariamente alla vera probabilità casuale. Ha fatto un esempio perché:
Giusto per essere precisi, immaginiamo che il programma per la sfera in una scatola separata produca i colori blu (1a porta), blu (2a porta) e rosso (3a porta). Ora, poiché entrambi scegliamo una delle tre porte, ci sono un totale di nove possibili combinazioni di porte che possiamo scegliere di aprire per questa scatola. Ad esempio, posso scegliere l'anta superiore del mio box, mentre tu puoi scegliere l'anta laterale del tuo box; oppure posso scegliere la porta d'ingresso e tu puoi scegliere la porta in alto; e così via."
"Oh certo." Scully balzò in piedi. “Se chiamiamo la porta superiore 1, la porta laterale 2 e la porta anteriore 3, le nove possibili combinazioni di porte sono solo (1,1), (1,2), (1,3), (2,1 ), (2.2), (2.3), (3.1), (3.2) e (3.3)."
"Sì, è vero," continua Mulder. - "Adesso punto importante: Di queste nove possibilità, nota che cinque combinazioni di porte - (1.1), (2.2), (3.3), (1.2) e (2.1) - portano al risultato che vediamo come le sfere nelle nostre caselle lampeggiano con lo stesso colori.
Le prime tre combinazioni di ante sono quelle in cui scegliamo le stesse ante e, come sappiamo, questo porta sempre al fatto che vediamo gli stessi colori. Le altre due combinazioni di porte (1,2) e (2,1) danno come risultato gli stessi colori perché il programma prevede che le sfere lampeggeranno dello stesso colore - blu - se la porta 1 o la porta 2 è aperta. Quindi, poiché 5 è maggiore della metà di 9, ciò significa che per più della metà - più del 50 percento - delle possibili combinazioni di porte che possiamo scegliere di aprire, le sfere lampeggeranno dello stesso colore".
"Ma aspetta," protesta Scully. - "Questo è solo un esempio di un programma speciale: blu, blu, rosso. Nella mia spiegazione ho ipotizzato che caselle con numeri diversi potessero caso generale avrà programmi diversi.
"Davvero, non importa. La conclusione vale per tutti i possibili programmi.

E questo è effettivamente il caso se abbiamo a che fare con un programma. Ma questo non è affatto il caso se abbiamo a che fare con dipendenze casuali per molti esperimenti, ma ognuna di queste casualità ha la stessa forma in ogni esperimento.
Nel caso degli elettroni, quando erano inizialmente legati in una coppia, che assicura i loro spin completamente dipendenti (reciprocamente opposti) e dispersi, questa interdipendenza, ovviamente, viene preservata con un quadro generale completo della vera probabilità di dropout e che si può anticipare come gli spin dei due elettroni in coppia siano impossibili fino a che uno di essi non sia determinato, ma essi "già" (se così si può dire in relazione a ciò che non ha una propria metrica del tempo e dello spazio) avere una certa posizione relativa.

Più avanti nel libro di Brian Green:
c'è un modo per esaminare se siamo entrati inavvertitamente in conflitto con SRT. La proprietà comune della materia e dell'energia è che, essendo trasferite da un luogo all'altro, possono trasmettere informazioni. I fotoni, che viaggiano da una stazione di trasmissione radio al ricevitore, trasportano informazioni. Gli elettroni, che viaggiano attraverso i cavi di Internet fino al tuo computer, trasportano informazioni. In ogni situazione in cui qualcosa, anche qualcosa di non identificato, dovrebbe muoversi più velocemente della velocità della luce, un test infallibile consiste nel chiedere se trasmette, o almeno può trasmettere, informazioni. Se la risposta è no, passa il ragionamento standard che nulla supera la velocità della luce e SRT rimane incontrastato. In pratica, i fisici usano spesso questo test per determinare se qualche processo sottile viola le leggi della relatività speciale. Niente è sopravvissuto a questo test.

Per quanto riguarda l'approccio di R. Penrose e eccetera. interpreti, quindi dal suo lavoro Penrouz.djvu cercherò di evidenziare quell'atteggiamento fondamentale (visione del mondo) che porta direttamente a visioni mistiche sulla non località (con i miei commenti - colore nero):

Era necessario trovare un modo che ci permettesse di separare la verità dalle ipotesi in matematica - una sorta di procedura formale, utilizzando la quale si potesse dire con certezza se una determinata affermazione matematica è vera o meno. (obiezione vedi Metodo e Verità di Aristotele, criteri di verità). Finché questo problema non sarà adeguatamente risolto, difficilmente si può sperare seriamente di riuscire a risolvere altri problemi molto più complessi - quelli che riguardano la natura delle forze che muovono il mondo, indipendentemente dal rapporto che queste stesse forze possono avere con la verità matematica. La consapevolezza che la matematica inconfutabile è la chiave per comprendere l'universo è forse la prima delle scoperte più importanti nella scienza in generale. Anche gli antichi egizi e i babilonesi ipotizzavano verità matematiche di vario genere, ma la prima pietra alla base della comprensione matematica...
... le persone per la prima volta hanno avuto l'opportunità di formulare affermazioni affidabili e ovviamente inconfutabili - affermazioni la cui verità non è in dubbio anche oggi, nonostante il fatto che la scienza abbia fatto molti passi avanti da quei tempi. Per la prima volta, la natura veramente senza tempo della matematica è stata rivelata alle persone.
Che cos'è una dimostrazione matematica? In matematica, una dimostrazione è un ragionamento impeccabile che utilizza solo le tecniche della logica pura. (la logica pura non esiste. La logica è una formalizzazione assiomatica di schemi e relazioni che si trovano in natura) che consente di trarre una conclusione inequivocabile sulla validità di una o di un'altra affermazione matematica basata sulla validità di qualsiasi altra affermazione matematica, sia prestabilita in modo simile, sia che non richieda alcuna prova (proposizioni elementari speciali, la verità di che, nell'opinione generale, è di per sé evidente, sono detti assiomi) . Una proposizione matematica dimostrata è solitamente chiamata teorema. È qui che non lo capisco: in fondo ci sono teoremi semplicemente affermati ma non dimostrati.
... I concetti matematici oggettivi dovrebbero essere rappresentati come oggetti senza tempo; non si dovrebbe pensare che la loro esistenza inizi nel momento in cui appaiono in una forma o nell'altra nell'immaginazione umana.
... Quindi, l'esistenza matematica differisce non solo dall'esistenza del fisico, ma anche dall'esistenza di cui la nostra percezione cosciente è in grado di dotare l'oggetto. Tuttavia, è chiaramente connesso con le ultime due forme di esistenza, cioè con l'esistenza fisica e mentale. la connessione è un concetto completamente fisico, cosa significa qui Penrose?- e le relative connessioni sono tanto fondamentali quanto misteriose.
Riso. 1.3. Tre "mondi" - matematico platonico, fisico e mentale - e tre enigmi fondamentali che li collegano...
... Quindi, secondo quello mostrato in fig. 1.3, l'intero mondo fisico è controllato da leggi matematiche. Nei capitoli successivi del libro, vedremo che ci sono prove forti (sebbene incomplete) a sostegno di questo punto di vista. Se crediamo a questa evidenza, allora dobbiamo ammettere che tutto ciò che esiste nell'universo fisico, fin nei minimi dettagli, è effettivamente governato da precisi principi matematici - forse equazioni. Eccomi qui a crogiolarmi tranquillamente....
...Se è così, allora le nostre azioni fisiche sono completamente e completamente subordinate a tale controllo matematico universale, sebbene questo "controllo" consenta ancora una certa casualità nel comportamento, controllata da rigorosi principi probabilistici.
Molte persone iniziano a sentirsi molto a disagio con tali presupposti; per me e per me, lo confesso, questi pensieri provocano una certa ansia.
... Forse, in un certo senso, i tre mondi non sono affatto entità separate, ma riflettono solo vari aspetti di una VERITÀ più fondamentale (ho sottolineato) che descrive il mondo nel suo insieme - una verità di cui al momento non conosciamo avere il minimo concetto. - pulire Mistico....
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Si scopre anche che ci sono regioni sullo schermo che sono inaccessibili alle particelle emesse dalla sorgente, nonostante il fatto che le particelle potrebbero entrare con successo in queste regioni quando solo una delle fenditure era aperta! Sebbene i punti compaiano sullo schermo uno alla volta in posizioni localizzate, e sebbene ogni incontro di una particella con uno schermo possa essere associato a un certo atto di emissione di una particella dalla sorgente, il comportamento della particella tra la sorgente e il schermo, inclusa l'ambiguità associata alla presenza di due fessure nella barriera, è simile al comportamento di un'onda, in cui l'onda Quando una particella entra in collisione con uno schermo, rileva entrambe le fenditure contemporaneamente. Inoltre (e questo è particolarmente importante per i nostri scopi immediati), la distanza tra le frange sullo schermo corrisponde alla lunghezza d'onda A della nostra onda particella, correlata alla quantità di moto p della particella dalla precedente formula XXXX.
Tutto questo è del tutto possibile, dirà uno scettico dalla mente sobria, ma questo non ci costringe ancora a fare un'identificazione così assurda della quantità di moto con un qualche tipo di operatore! Sì, è proprio quello che voglio dire: un operatore è solo un formalismo per descrivere un fenomeno all'interno di un determinato quadro, e non un'identità con il fenomeno.
Certo, non ci costringe, ma dobbiamo allontanarci da un miracolo quando ci appare?! Qual è questo miracolo? È un miracolo che questa apparente assurdità del fatto sperimentale (le onde si rivelano particelle e le particelle si rivelano onde) possa essere introdotta nel sistema con l'aiuto di un bel formalismo matematico in cui la quantità di moto è effettivamente identificata con " differenziazione in coordinate" ed energia con "differenziazione temporale.
... Tutto questo va bene, ma per quanto riguarda il vettore di stato? Cosa ti impedisce di riconoscere che rappresenta la realtà? Perché i fisici sono spesso estremamente riluttanti ad assumere una tale posizione filosofica? Non solo i fisici, ma coloro che hanno tutto in ordine con una visione del mondo olistica e non sono inclini a essere indotti a ragionamenti sottodeterminati.
.... Se lo desideri, puoi immaginare che la funzione d'onda di un fotone lasci la sorgente sotto forma di un pacchetto d'onda chiaramente definito di piccole dimensioni, quindi, dopo l'incontro con il divisore di fascio, viene diviso in due parti, uno dei quali viene riflesso dallo splitter e l'altro lo attraversa, ad esempio, in direzione perpendicolare. In entrambi, abbiamo fatto dividere la funzione d'onda in due parti nel primo divisore di raggio... Assioma a 1: il quanto non è divisibile. Una persona che parla delle metà di un quanto al di fuori della sua lunghezza d'onda è percepita da me con non meno scetticismo di una persona che crea un nuovo universo ad ogni cambiamento nello stato del quanto. Assioma a 2: il fotone non cambia la sua traiettoria, e se è cambiato, allora questa è la riemissione del fotone da parte dell'elettrone. Perché un quanto non è una particella elastica e non c'è nulla da cui rimbalzerebbe. Per qualche ragione, in tutte le descrizioni di tali esperienze, queste due cose vengono evitate, sebbene abbiano un significato più basilare degli effetti che vengono descritti. Non capisco perché Penrose lo dice, deve sapere dell'indivisibilità del quanto, inoltre, lo ha menzionato nella descrizione a due fenditure. In tali casi miracolosi si deve comunque cercare di rimanere nell'ambito degli assiomi di base, e se entrano in conflitto con l'esperienza, questa è un'occasione per riflettere più attentamente sulla metodologia e sull'interpretazione.
Accettiamo per ora, almeno come modello matematico del mondo quantistico, questa curiosa descrizione, secondo la quale uno stato quantistico evolve nel tempo sotto forma di una funzione d'onda, solitamente "spalmata" su tutto lo spazio (ma con la capacità di concentrarsi in un'area più limitata), e quindi, quando viene effettuata una misurazione, questo stato diventa qualcosa di localizzato e abbastanza definito.
Quelli. parla seriamente della possibilità di imbrattare qualcosa per diversi anni luce con la possibilità di un cambiamento reciproco istantaneo. Questo può essere rappresentato in modo puramente astratto - come la conservazione di una descrizione formalizzata su ciascuno dei lati, ma non nella forma di una sorta di entità reale, rappresentata dalla natura del quanto. Ecco una chiara continuità dell'idea della realtà dell'esistenza dei formalismi matematici.

Questo è il motivo per cui considero sia Penrose che altri fisici simili dalla mentalità promistica con grande scetticismo, nonostante la loro autorità molto clamorosa...

Nel libro di S. Weinberg Dreams of a Final Theory:
La filosofia della meccanica quantistica è così irrilevante per il suo effettivo utilizzo che si comincia a sospettare che tutte le domande profonde sul significato della misurazione siano in realtà vuote, generate dall'imperfezione del nostro linguaggio, che è stato creato in un mondo praticamente governato dalle leggi della fisica classica.

Nell'articolo Cos'è la località e perché non si trova nel mondo quantistico? , dove il problema è riassunto sulla base dei recenti eventi da Alexander Lvovsky, dipendente dell'RCC e professore all'Università di Calgary:
La nonlocalità quantistica esiste solo nell'ambito dell'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica. In accordo con esso, quando si misura uno stato quantistico, collassa. Se prendiamo come base l'interpretazione a molti mondi, che dice che la misurazione di uno stato estende solo la sovrapposizione all'osservatore, allora non c'è non località. Questa è solo l'illusione di un osservatore che "non sa" di essere entrato in uno stato entangled con una particella all'estremità opposta della linea quantistica.

Alcune conclusioni dall'articolo e la sua discussione già esistente.
Attualmente, ci sono molte interpretazioni di diversi livelli di sofisticazione, cercando non solo di descrivere il fenomeno dell'entanglement e altri "effetti non locali", ma di descrivere ipotesi sulla natura (meccanismo) di questi fenomeni, ad es. ipotesi. Prevale inoltre l'opinione che sia impossibile immaginare qualcosa in questo ambito tematico, ma è possibile fare affidamento solo su determinate formalizzazione.
Tuttavia, queste stesse formalizzazione possono mostrare con circa la stessa persuasività tutto ciò che l'interprete vuole, fino a descrivere l'emergere di un nuovo universo ogni volta, nel momento dell'incertezza quantistica. E poiché tali momenti sorgono durante l'osservazione, porta la coscienza - come partecipante diretto ai fenomeni quantistici.
Per una motivazione dettagliata - perché questo approccio sembra completamente sbagliato - vedere l'articolo Euristica.
Quindi, ogni volta che un altro simpatico matematico inizia a provare qualcosa come l'unità della natura di due fenomeni completamente diversi in base alla somiglianza della loro descrizione matematica (beh, ad esempio, questo è fatto seriamente con la legge di Coulomb e la legge di gravità di Newton) o "spiega" entanglement quantistico per "dimensione" speciale senza immaginare la sua vera incarnazione (o l'esistenza di meridiani nel formalismo di me terrestri), lo terrò pronto :)

entanglement quantistico

entanglement quantistico (entanglement) (eng. Entanglement) - un fenomeno quantomeccanico in cui lo stato quantistico di due o più oggetti deve essere descritto in relazione tra loro, anche se i singoli oggetti sono separati nello spazio. Di conseguenza, ci sono correlazioni tra l'osservato Proprietà fisiche oggetti. Ad esempio, è possibile preparare due particelle che si trovano nello stesso stato quantistico in modo che quando una particella è osservata in uno stato con spin up, lo spin dell'altra sia down, e viceversa, e questo nonostante il fatto che , secondo la meccanica quantistica, prevedere quali direzioni si ottengono effettivamente ogni volta è impossibile. In altre parole, sembra che le misurazioni effettuate su un sistema abbiano un effetto istantaneo su quello che vi è coinvolto. Tuttavia, ciò che si intende per informazione in senso classico non può ancora essere trasmesso attraverso l'entanglement più velocemente che alla velocità della luce.
In precedenza, il termine originale "entanglement" era tradotto nel senso opposto - come entanglement, ma il significato della parola è mantenere una connessione anche dopo una complessa biografia di una particella quantistica. Quindi in presenza di una connessione tra due particelle in una bobina di un sistema fisico, “tirando” una particella, era possibile determinarne l'altra.

L'entanglement quantistico è la base delle tecnologie future come il computer quantistico e la crittografia quantistica, ed è stato utilizzato anche negli esperimenti di teletrasporto quantistico. In termini teorici e filosofici, questo fenomeno è una delle proprietà più rivoluzionarie della teoria quantistica, poiché si può notare che le correlazioni previste dalla meccanica quantistica sono del tutto incompatibili con le nozioni di località apparentemente ovvie. mondo reale, in cui le informazioni sullo stato del sistema possono essere trasmesse solo attraverso il suo ambiente circostante. Diverse visioni di ciò che effettivamente accade durante il processo di entanglement della meccanica quantistica portano a interpretazioni diverse della meccanica quantistica.

Sfondo

Nel 1935 Einstein, Podolsky e Rosen formularono il famoso paradosso Einstein-Podolsky-Rosen, che dimostrò che la meccanica quantistica diventa una teoria non locale a causa della connettività. Sappiamo come Einstein ridicolizzasse la connettività, definendola "azione da incubo a distanza". Naturalmente, la connettività non locale ha confutato il postulato di TO sulla velocità limite della luce (trasmissione del segnale).

D'altra parte, la meccanica quantistica è stata eccellente nel predire i risultati sperimentali, e infatti sono state osservate anche forti correlazioni dovute al fenomeno dell'entanglement. C'è un modo che sembra avere successo nello spiegare l'entanglement quantistico, un approccio di "teoria delle variabili nascoste" in cui alcuni parametri microscopici sconosciuti sono responsabili delle correlazioni. Tuttavia, nel 1964, J.S. Bell dimostrò che non sarebbe ancora possibile costruire una teoria locale "buona" in questo modo, cioè l'entanglement previsto dalla meccanica quantistica può essere distinto sperimentalmente dai risultati previsti da un'ampia classe di teorie con locale parametri nascosti. I risultati degli esperimenti successivi hanno fornito una sorprendente conferma della meccanica quantistica. Alcuni controlli mostrano che ci sono una serie di colli di bottiglia in questi esperimenti, ma è generalmente accettato che non siano significativi.

La connettività ha un'interessante relazione con il principio di relatività, che afferma che le informazioni non possono viaggiare da un luogo all'altro più velocemente della velocità della luce. Sebbene i due sistemi possano essere separati lunga distanza ed essere intrecciati allo stesso tempo, trasmettere attraverso la loro connessione informazioni utili impossibile, quindi la causalità non è violata dall'entanglement. Ciò accade per due motivi:
1. i risultati delle misure in meccanica quantistica sono fondamentalmente probabilistici;
2. Il teorema della clonazione dello stato quantistico vieta la verifica statistica degli stati entangled.

Cause dell'influenza delle particelle

Nel nostro mondo, ci sono stati speciali di diverse particelle quantistiche - stati entangled in cui si osservano correlazioni quantistiche (in generale, la correlazione è una relazione tra eventi al di sopra del livello delle coincidenze casuali). Queste correlazioni possono essere rilevate sperimentalmente, cosa che è stata eseguita per la prima volta più di vent'anni fa e ora viene utilizzata di routine in una varietà di esperimenti. Nel mondo classico (cioè non quantistico), ci sono due tipi di correlazioni: quando un evento è la causa di un altro, o quando entrambi hanno una causa comune. Nella teoria quantistica, sorge un terzo tipo di correlazione, associato alle proprietà non locali degli stati entangled di diverse particelle. Questo terzo tipo di correlazione è difficile da immaginare usando analogie familiari di tutti i giorni. O forse queste correlazioni quantistiche sono il risultato di qualche nuova interazione finora sconosciuta, a causa della quale le particelle entangled (e solo loro!) si influenzano a vicenda?

Vale subito la pena sottolineare l'“anomalia” di tale ipotetica interazione. Le correlazioni quantistiche si osservano anche se il rilevamento di due particelle separate da una grande distanza avviene simultaneamente (entro i limiti degli errori sperimentali). Ciò significa che se tale interazione ha luogo, allora deve propagarsi nel sistema di riferimento del laboratorio in modo estremamente rapido, a velocità superluminale. E da ciò ne consegue inevitabilmente che in altri quadri di riferimento questa interazione sarà generalmente istantanea e agirà anche dal futuro al passato (sebbene senza violare il principio di causalità).

L'essenza dell'esperimento

La geometria dell'esperimento. A Ginevra sono state generate coppie di fotoni entangled, quindi sono stati inviati i fotoni cavi in ​​fibra ottica della stessa lunghezza (contrassegnati in rosso) in due ricevitori (contrassegnati dalle lettere APD) distanziati di 18 km l'uno dall'altro. Immagine tratta dall'articolo in questione su Nature

L'idea dell'esperimento è la seguente: creiamo due fotoni entangled e li inviamo a due rivelatori il più distanti possibile (nell'esperimento descritto, la distanza tra i due rivelatori era di 18 km). In questo caso, rendiamo i percorsi dei fotoni ai rivelatori il più identici possibile, in modo che i momenti del loro rilevamento siano il più vicino possibile. In questo lavoro, i momenti di rilevamento hanno coinciso con una precisione di circa 0,3 nanosecondi. Le correlazioni quantistiche sono state ancora osservate in queste condizioni. Quindi, se assumiamo che "funzionano" a causa dell'interazione sopra descritta, la sua velocità dovrebbe superare la velocità della luce di centomila volte.
Un simile esperimento, infatti, è stato condotto in precedenza dallo stesso gruppo. La novità di questo lavoro è solo che l'esperimento è durato a lungo. Le correlazioni quantistiche sono state osservate continuamente e non sono scomparse in nessun momento della giornata.
Perché è importante? Se un'interazione ipotetica è trasportata da un mezzo, allora questo mezzo avrà un quadro di riferimento distinto. A causa della rotazione della Terra, il sistema di riferimento del laboratorio si sposta rispetto a questo sistema di riferimento a velocità diverse. Ciò significa che l'intervallo di tempo tra due eventi di rilevamento di due fotoni sarà sempre diverso per questo mezzo, a seconda dell'ora del giorno. In particolare, ci sarà un momento in cui questi due eventi per questo ambiente sembreranno simultanei. (Qui, tra l'altro, viene utilizzato il fatto della teoria della relatività che due eventi simultanei saranno simultanei in tutti i sistemi di riferimento inerziali che si muovono perpendicolarmente alla linea che li collega).

Se le correlazioni quantistiche vengono eseguite a causa dell'ipotetica interazione sopra descritta e se la velocità di questa interazione è finita (anche se è arbitrariamente grande), in questo momento le correlazioni scomparirebbero. Pertanto, l'osservazione continua delle correlazioni durante la giornata chiuderebbe completamente questa possibilità. E la ripetizione di un simile esperimento in diversi periodi dell'anno chiuderebbe questa ipotesi anche con un'interazione infinitamente veloce nel proprio quadro di riferimento selezionato.

Sfortunatamente, questo non è stato ottenuto a causa dell'imperfezione dell'esperimento. In questo esperimento, per dire che le correlazioni sono effettivamente osservate, è necessario accumulare il segnale per alcuni minuti. La scomparsa delle correlazioni, ad esempio, per 1 secondo, questo esperimento non poteva essere notato. Ecco perché gli autori non sono stati in grado di chiudere completamente l'ipotetica interazione, ma hanno solo ottenuto un limite alla velocità della sua propagazione nel quadro di riferimento prescelto, il che, ovviamente, riduce notevolmente il valore del risultato ottenuto.

Forse...?

Il lettore potrebbe chiedersi: se, tuttavia, l'ipotetica possibilità sopra descritta è realizzata, ma l'esperimento semplicemente l'ha trascurata a causa della sua imperfezione, questo significa che la teoria della relatività è errata? Questo effetto può essere utilizzato per la trasmissione superluminale di informazioni o anche per il movimento nello spazio?

No. L'ipotetica interazione sopra descritta dalla costruzione serve all'unico scopo: questi sono gli "ingranaggi" che fanno "funzionare" le correlazioni quantistiche. Ma è già stato dimostrato che con l'aiuto delle correlazioni quantistiche è impossibile trasmettere informazioni più velocemente della velocità della luce. Pertanto, qualunque sia il meccanismo delle correlazioni quantistiche, non può violare la teoria della relatività.
© Igor Ivanov

Vedi campi di torsione.
Fondamenti del Mondo Sottile - vuoto fisico e campi di torsione. quattro.

entanglement quantistico.

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• Traduzione

L'entanglement quantistico è uno dei concetti più complessi della scienza, ma i suoi principi di base sono semplici. E se lo capisci, l'entanglement apre la strada a una migliore comprensione di concetti come i molti mondi della teoria quantistica.

Un'incantevole aura di mistero circonda la nozione di entanglement quantistico, così come l'affermazione (in qualche modo) correlata della teoria quantistica secondo cui devono esserci "molti mondi". Eppure, in fondo, queste sono idee scientifiche con un significato mondano e applicazioni specifiche. Vorrei spiegare i concetti di entanglement e molti mondi in modo semplice e chiaro come li conosco io stesso.

io

Si pensa che l'entanglement sia un fenomeno unico nella meccanica quantistica, ma non lo è. In effetti, sarebbe più comprensibile (sebbene un approccio insolito) iniziare con una versione semplice, non quantistica (classica) dell'entanglement. Questo ci permetterà di separare le sottigliezze associate all'entanglement stesso dalle altre stranezze della teoria quantistica.

L'entanglement appare in situazioni in cui abbiamo informazioni parziali sullo stato di due sistemi. Ad esempio, due oggetti possono diventare i nostri sistemi: chiamiamoli kaon. "K" indicherà oggetti "classici". Ma se vuoi davvero immaginare qualcosa di concreto e piacevole, immagina che queste siano torte.

I nostri kaon avranno due forme, quadrate o rotonde, e queste forme indicheranno i loro possibili stati. Quindi i quattro possibili stati congiunti di due kaoni saranno: (quadrato, quadrato), (quadrato, cerchio), (cerchio, quadrato), (cerchio, cerchio). La tabella mostra la probabilità che il sistema si trovi in ​​uno dei quattro stati elencati.

Diremo che i kaon sono "indipendenti" se la conoscenza dello stato di uno di essi non ci fornisce informazioni sullo stato dell'altro. E questa tabella ha una tale proprietà. Se il primo kaon (torta) è quadrato, non conosciamo ancora la forma del secondo. Al contrario, la forma del secondo non ci dice nulla sulla forma del primo.

D'altra parte, diciamo che due kaon sono intrecciati se le informazioni su uno migliorano la nostra conoscenza dell'altro. La seconda tavoletta ci mostrerà un forte entanglement. In questo caso, se il primo kaon è rotondo, sapremo che anche il secondo è rotondo. E se il primo kaon è quadrato, il secondo sarà lo stesso. Conoscendo la forma di uno, possiamo determinare in modo univoco la forma dell'altro.

La versione quantistica dell'entanglement sembra, infatti, la stessa: è una mancanza di indipendenza. Nella teoria quantistica, gli stati sono descritti da oggetti matematici chiamati funzioni d'onda. Le regole che combinano le funzioni d'onda con le possibilità fisiche danno origine a complessità molto interessanti, di cui parleremo più avanti, ma il concetto base di conoscenza entanglement che abbiamo dimostrato per il caso classico rimane lo stesso.

Sebbene le torte non possano essere considerate sistemi quantistici, l'entanglement nei sistemi quantistici si verifica naturalmente, ad esempio dopo le collisioni di particelle. In pratica, gli stati non aggrovigliati (indipendenti) possono essere considerati eccezioni rare, poiché le correlazioni sorgono tra loro durante l'interazione dei sistemi.

Consideriamo, ad esempio, le molecole. Sono costituiti da sottosistemi, in particolare elettroni e nuclei. Lo stato energetico minimo di una molecola, in cui si trova di solito, è uno stato altamente intrecciato di elettroni e un nucleo, poiché la disposizione di queste particelle costituenti non sarà in alcun modo indipendente. Quando il nucleo si muove, l'elettrone si muove con esso.

Torniamo al nostro esempio. Se scriviamo Φ■, Φ● come funzioni d'onda che descrivono il sistema 1 nei suoi stati quadrati o rotondi e ψ■, ψ● per funzioni d'onda che descrivono il sistema 2 nei suoi stati quadrati o rotondi, allora nel nostro esempio di lavoro, tutti gli stati possono essere descritti , come:

Indipendente: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Impigliato: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

La versione indipendente può anche essere scritta come:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Si noti come in quest'ultimo caso le parentesi separino nettamente il primo e il secondo sistema in parti indipendenti.

Ci sono molti modi per creare stati entangled. Uno è misurare il sistema composito che fornisce informazioni parziali. È possibile sapere, ad esempio, che due sistemi hanno concordato di essere della stessa forma senza sapere quale forma hanno scelto. Questo concetto diventerà importante poco dopo.

Le conseguenze più caratteristiche dell'entanglement quantistico, come gli effetti Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) e Greenberg-Horn-Seilinger (GHZ), derivano dalla sua interazione con un'altra proprietà della teoria quantistica chiamata "principio di complementarità". Per discutere di EPR e GHZ, permettetemi innanzitutto di presentarvi questo principio.

Fino a questo punto, abbiamo immaginato che i kaon abbiano due forme (quadrata e rotonda). Ora immagina che siano disponibili anche in due colori: rosso e blu. Considerando i sistemi classici come le torte, questa proprietà aggiuntiva significherebbe che il kaon può esistere in uno dei quattro possibili stati: quadrato rosso, cerchio rosso, quadrato blu e cerchio blu.

Ma le torte quantistiche sono torte quantistiche... O quantoni... Si comportano in modo abbastanza diverso. Il fatto che il quantone in alcune situazioni può avere forma diversa e il colore non significa necessariamente che abbia contemporaneamente forma e colore. In effetti, il buon senso che Einstein esigeva dalla realtà fisica non corrisponde ai fatti sperimentali, come vedremo presto.

Possiamo misurare la forma di un quantone, ma così facendo perdiamo tutte le informazioni sul suo colore. Oppure possiamo misurare un colore ma perdere informazioni sulla sua forma. Secondo la teoria quantistica, non possiamo misurare contemporaneamente forma e colore. La visione di nessuno della realtà quantistica è completa; bisogna tenere conto di molte immagini diverse e mutuamente esclusive, ognuna delle quali ha una propria idea incompleta di ciò che sta accadendo. Questa è l'essenza del principio di complementarità, così come è stato formulato da Niels Bohr.

Di conseguenza, la teoria quantistica ci costringe a stare attenti nell'attribuire proprietà alla realtà fisica. Per evitare polemiche, si deve riconoscere che:

Non c'è proprietà se non è stata misurata.
La misurazione è un processo attivo che modifica il sistema da misurare

II

Descriviamo ora due esempi, ma non classici, illustrazioni delle stranezze della teoria quantistica. Entrambi sono stati testati in esperimenti rigorosi (negli esperimenti reali, le persone non misurano le forme ei colori delle torte, ma il momento angolare degli elettroni).

Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (EPR) hanno descritto lo straordinario effetto che si verifica quando due sistemi quantistici sono intrecciati. L'effetto EPR combina una forma speciale, sperimentalmente realizzabile di entanglement quantistico con il principio di complementarità.

Una coppia EPR è composta da due quantoni, ciascuno dei quali può essere misurato in forma o colore (ma non entrambi). Supponiamo di avere molte di queste coppie, sono tutte uguali, e possiamo scegliere quali misurazioni prendiamo sui loro componenti. Se misuriamo la forma di uno dei membri della coppia EPR, è altrettanto probabile che otteniamo un quadrato o un cerchio. Se misuriamo il colore, con la stessa probabilità otteniamo rosso o blu.

Interessanti effetti che sembravano paradossali per EPR si verificano quando misuriamo entrambi i membri della coppia. Quando misuriamo il colore di entrambi i membri, o la loro forma, scopriamo che i risultati corrispondono sempre. Cioè, se scopriamo che uno di loro è rosso e poi misuriamo il colore del secondo, scopriamo anche che è rosso - e così via. D'altra parte, se misuriamo la forma dell'uno e il colore dell'altro, non si osserva alcuna correlazione. Cioè, se il primo era un quadrato, il secondo con la stessa probabilità può essere blu o rosso.

Secondo la teoria quantistica, otterremo tali risultati anche se i due sistemi sono separati da un'enorme distanza e le misurazioni vengono eseguite quasi contemporaneamente. La scelta del tipo di misurazione in una posizione sembra influenzare lo stato del sistema altrove. Questa "azione spaventosa a distanza", come la definì Einstein, sembra richiedere la trasmissione di informazioni - nel nostro caso, informazioni sulla misurazione effettuata - a una velocità superiore a quella della luce.

Ma lo è? Finché non so che risultato hai ottenuto, non so cosa aspettarmi. Ottengo informazioni utili quando ottengo il tuo risultato, non quando effettui una misurazione. E qualsiasi messaggio contenente il risultato che hai ricevuto deve essere trasmesso in qualche modo fisico, più lento della velocità della luce.

Con ulteriori studi, il paradosso è ancora più distrutto. Consideriamo lo stato del secondo sistema, se la misura del primo ha dato un colore rosso. Se decidiamo di misurare il colore del secondo quantone, otteniamo il rosso. Ma per il principio di complementarietà, se decidiamo di misurarne la forma quando è nello stato "rosso", avremo le stesse possibilità di ottenere un quadrato o un cerchio. Pertanto, il risultato dell'EPR è logicamente predeterminato. Questa è solo una rivisitazione del principio di complementarità.

Non c'è paradosso nel fatto che eventi lontani siano correlati. Dopotutto, se mettiamo uno dei due guanti di una coppia in scatole e lo spediamo in diverse parti del pianeta, non sorprende che guardando in una scatola, posso determinare a quale mano è destinato l'altro guanto. Allo stesso modo, in tutti i casi, la correlazione delle coppie EPR deve essere fissata su di esse quando sono vicine in modo che possano resistere alla successiva separazione come se avessero memoria. La stranezza del paradosso EPR non sta nella possibilità di correlazione in sé, ma nella possibilità della sua conservazione sotto forma di addizioni.

III

Daniel Greenberger, Michael Horn e Anton Zeilinger hanno scoperto un altro grande esempio di entanglement quantistico. Comprende tre dei nostri quantoni, che si trovano in uno stato entangled appositamente preparato (stato GHZ). Distribuiamo ciascuno di essi a diversi sperimentatori remoti. Ognuno sceglie, in modo indipendente e casuale, se misurare un colore o una forma e registra il risultato. L'esperimento viene ripetuto molte volte, ma sempre con tre quantoni nello stato GHZ.

Ogni singolo sperimentatore riceve risultati casuali. Misurando la forma del quantone, ottiene un quadrato o un cerchio con uguale probabilità; misurando il colore del quantone, ottiene rosso o blu con uguale probabilità. Mentre tutto è normale.

Ma quando gli sperimentatori si riuniscono e confrontano i risultati, l'analisi rivela un risultato sorprendente. Diciamo che chiamiamo "genere" la forma quadrata e il colore rosso, e i cerchi e Colore blu- "il male". Gli sperimentatori scoprono che se due di loro decidono di misurare la forma e il terzo sceglie il colore, allora 0 o 2 misurazioni sono "malvagie" (cioè rotonde o blu). Ma se tutti e tre decidono di misurare il colore, allora 1 o 3 misurazioni sono malvagie. La meccanica quantistica lo prevede, ed è esattamente ciò che accade.

Domanda: La quantità di male è pari o dispari? Entrambe le possibilità sono realizzate in diverse dimensioni. Dobbiamo abbandonare questo problema. Non ha senso parlare della quantità di male in un sistema senza considerare come viene misurato. E questo porta a contraddizioni.

L'effetto GHZ, come lo descrive il fisico Sidney Colman, è "uno schiaffo in faccia alla meccanica quantistica". Rompe l'aspettativa abituale e appresa che i sistemi fisici abbiano proprietà predeterminate indipendentemente dalla loro misurazione. Se così fosse, l'equilibrio tra bene e male non dipenderebbe dalla scelta dei tipi di misurazione. Una volta che accetti l'esistenza dell'effetto GHZ, non lo dimenticherai e i tuoi orizzonti si allargheranno.

IV

Per ora, stiamo parlando di come l'entanglement ci impedisce di assegnare stati indipendenti univoci a più quantoni. Lo stesso ragionamento si applica ai cambiamenti in un quantone che si verificano nel tempo.

Si tratta di "storie intrecciate" quando è impossibile assegnare un certo stato al sistema in ogni momento. Proprio come escludiamo le possibilità nell'entanglement tradizionale, possiamo anche creare storie intrecciate effettuando misurazioni che raccolgono informazioni parziali su eventi passati. Nelle storie intrecciate più semplici, abbiamo un quantone che studiamo in due diversi momenti. Possiamo immaginare una situazione in cui determiniamo che la forma del nostro quantone era quadrata entrambe le volte, o rotonda entrambe le volte, ma entrambe le situazioni rimangono possibili. Questa è un'analogia quantistica temporale con le varianti più semplici di entanglement descritte in precedenza.

Usando un protocollo più complesso, possiamo aggiungere un po' di addizionalità a questo sistema e descrivere le situazioni che causano la proprietà "a molti mondi" della teoria quantistica. Il nostro quantone può essere preparato allo stato rosso, quindi misurato e ottenuto in blu. E come negli esempi precedenti, non possiamo assegnare permanentemente al quantone la proprietà del colore nell'intervallo tra due dimensioni; non ha una forma definita. Tali storie realizzano, in modo limitato ma completamente controllato e preciso, l'intuizione insita nel quadro dei molti mondi della meccanica quantistica. Un certo stato può dividersi in due traiettorie storiche contraddittorie, che poi si riconnettono.

Erwin Schrödinger, il fondatore della teoria quantistica, che era scettico sulla sua correttezza, ha sottolineato che l'evoluzione dei sistemi quantistici porta naturalmente a stati, la cui misurazione può dare risultati estremamente diversi. Il suo esperimento mentale con il "gatto di Schrödinger" postula, come sapete, l'incertezza quantistica, portata al livello di influenza sulla mortalità felina. Prima della misurazione, è impossibile assegnare la proprietà della vita (o della morte) a un gatto. Entrambi, o nessuno dei due, esistono insieme in un mondo di possibilità ultraterreno.

Il linguaggio quotidiano non è adatto a spiegare la complementarità quantistica, in parte perché l'esperienza quotidiana non la include. I gatti pratici interagiscono con le molecole d'aria circostanti e altri oggetti, in modi completamente diversi, a seconda che siano vivi o morti, quindi in pratica la misurazione è automatica e il gatto continua a vivere (o non a vivere). Ma le storie descrivono i quantoni, che sono i gattini di Schrödinger, con complessità. La loro descrizione completa richiede che prendiamo in considerazione due traiettorie di proprietà che si escludono a vicenda.

La realizzazione sperimentale controllata di storie entangled è una cosa delicata, poiché richiede la raccolta di informazioni parziali sui quantoni. Le misurazioni quantistiche convenzionali di solito raccolgono tutte le informazioni contemporaneamente, ad esempio determinano la forma esatta o il colore esatto, invece di ottenere informazioni parziali più volte. Ma si può fare, seppur con difficoltà tecniche estreme. In questo modo, possiamo assegnare un certo significato matematico e sperimentale alla diffusione del concetto di "molti mondi" nella teoria quantistica, e dimostrarne la realtà.

L'entanglement quantistico, o "azione spettrale a distanza", come lo chiamava Albert Einstein, è un fenomeno della meccanica quantistica in cui gli stati quantistici di due o più oggetti diventano interdipendenti. Questa dipendenza viene preservata anche se gli oggetti vengono rimossi l'uno dall'altro per molti chilometri. Ad esempio, puoi impigliare una coppia di fotoni, portarne uno in un'altra galassia e quindi misurare lo spin del secondo fotone - e sarà opposto allo spin del primo fotone e viceversa. Stanno cercando di adattare l'entanglement quantistico per la trasmissione istantanea di dati su distanze gigantesche, o anche per il teletrasporto.

I computer moderni offrono molte opportunità per modellare una varietà di situazioni. Tuttavia, qualsiasi calcolo sarà in una certa misura "lineare", poiché obbedisce ad algoritmi ben definiti e non può discostarsi da essi. E questo sistema non permette di simulare meccanismi complessi in cui la casualità è un fenomeno quasi costante. Questa è una simulazione della vita. E quale dispositivo potrebbe permettergli di realizzare? Computer quantistico! È stato su una di queste macchine che è stato lanciato il più grande progetto per simulare la vita quantistica.

• Traduzione

L'entanglement quantistico è uno dei concetti più complessi della scienza, ma i suoi principi di base sono semplici. E se lo capisci, l'entanglement apre la strada a una migliore comprensione di concetti come i molti mondi della teoria quantistica.

Un'incantevole aura di mistero circonda la nozione di entanglement quantistico, così come l'affermazione (in qualche modo) correlata della teoria quantistica secondo cui devono esserci "molti mondi". Eppure, in fondo, queste sono idee scientifiche con un significato mondano e applicazioni specifiche. Vorrei spiegare i concetti di entanglement e molti mondi in modo semplice e chiaro come li conosco io stesso.

io

Si pensa che l'entanglement sia un fenomeno unico nella meccanica quantistica, ma non lo è. In effetti, sarebbe più comprensibile (sebbene un approccio insolito) iniziare con una versione semplice, non quantistica (classica) dell'entanglement. Questo ci permetterà di separare le sottigliezze associate all'entanglement stesso dalle altre stranezze della teoria quantistica.

L'entanglement appare in situazioni in cui abbiamo informazioni parziali sullo stato di due sistemi. Ad esempio, due oggetti possono diventare i nostri sistemi: chiamiamoli kaon. "K" indicherà oggetti "classici". Ma se vuoi davvero immaginare qualcosa di concreto e piacevole, immagina che queste siano torte.

I nostri kaon avranno due forme, quadrate o rotonde, e queste forme indicheranno i loro possibili stati. Quindi i quattro possibili stati congiunti di due kaoni saranno: (quadrato, quadrato), (quadrato, cerchio), (cerchio, quadrato), (cerchio, cerchio). La tabella mostra la probabilità che il sistema si trovi in ​​uno dei quattro stati elencati.

Diremo che i kaon sono "indipendenti" se la conoscenza dello stato di uno di essi non ci fornisce informazioni sullo stato dell'altro. E questa tabella ha una tale proprietà. Se il primo kaon (torta) è quadrato, non conosciamo ancora la forma del secondo. Al contrario, la forma del secondo non ci dice nulla sulla forma del primo.

D'altra parte, diciamo che due kaon sono intrecciati se le informazioni su uno migliorano la nostra conoscenza dell'altro. La seconda tavoletta ci mostrerà un forte entanglement. In questo caso, se il primo kaon è rotondo, sapremo che anche il secondo è rotondo. E se il primo kaon è quadrato, il secondo sarà lo stesso. Conoscendo la forma di uno, possiamo determinare in modo univoco la forma dell'altro.

La versione quantistica dell'entanglement sembra, infatti, la stessa: è una mancanza di indipendenza. Nella teoria quantistica, gli stati sono descritti da oggetti matematici chiamati funzioni d'onda. Le regole che combinano le funzioni d'onda con le possibilità fisiche danno origine a complessità molto interessanti, di cui parleremo più avanti, ma il concetto base di conoscenza entanglement che abbiamo dimostrato per il caso classico rimane lo stesso.

Sebbene le torte non possano essere considerate sistemi quantistici, l'entanglement nei sistemi quantistici si verifica naturalmente, ad esempio dopo le collisioni di particelle. In pratica, gli stati non aggrovigliati (indipendenti) possono essere considerati eccezioni rare, poiché le correlazioni sorgono tra loro durante l'interazione dei sistemi.

Consideriamo, ad esempio, le molecole. Sono costituiti da sottosistemi, in particolare elettroni e nuclei. Lo stato energetico minimo di una molecola, in cui si trova di solito, è uno stato altamente intrecciato di elettroni e un nucleo, poiché la disposizione di queste particelle costituenti non sarà in alcun modo indipendente. Quando il nucleo si muove, l'elettrone si muove con esso.

Torniamo al nostro esempio. Se scriviamo Φ■, Φ● come funzioni d'onda che descrivono il sistema 1 nei suoi stati quadrati o rotondi e ψ■, ψ● per funzioni d'onda che descrivono il sistema 2 nei suoi stati quadrati o rotondi, allora nel nostro esempio di lavoro, tutti gli stati possono essere descritti , come:

Indipendente: Φ■ ψ■ + Φ■ ψ● + Φ● ψ■ + Φ● ψ●

Impigliato: Φ■ ψ■ + Φ● ψ●

La versione indipendente può anche essere scritta come:

(Φ■ + Φ●)(ψ■ + ψ●)

Si noti come in quest'ultimo caso le parentesi separino nettamente il primo e il secondo sistema in parti indipendenti.

Ci sono molti modi per creare stati entangled. Uno è misurare il sistema composito che fornisce informazioni parziali. È possibile sapere, ad esempio, che due sistemi hanno concordato di essere della stessa forma senza sapere quale forma hanno scelto. Questo concetto diventerà importante poco dopo.

Le conseguenze più caratteristiche dell'entanglement quantistico, come gli effetti Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) e Greenberg-Horn-Seilinger (GHZ), derivano dalla sua interazione con un'altra proprietà della teoria quantistica chiamata "principio di complementarità". Per discutere di EPR e GHZ, permettetemi innanzitutto di presentarvi questo principio.

Fino a questo punto, abbiamo immaginato che i kaon abbiano due forme (quadrata e rotonda). Ora immagina che siano disponibili anche in due colori: rosso e blu. Considerando i sistemi classici come le torte, questa proprietà aggiuntiva significherebbe che il kaon può esistere in uno dei quattro possibili stati: quadrato rosso, cerchio rosso, quadrato blu e cerchio blu.

Ma le torte quantistiche sono torte quantistiche... O quantoni... Si comportano in modo abbastanza diverso. Il fatto che un quantone in alcune situazioni possa avere una forma e un colore diversi non significa necessariamente che abbia contemporaneamente sia una forma che un colore. In effetti, il buon senso che Einstein esigeva dalla realtà fisica non corrisponde ai fatti sperimentali, come vedremo presto.

Possiamo misurare la forma di un quantone, ma così facendo perdiamo tutte le informazioni sul suo colore. Oppure possiamo misurare un colore ma perdere informazioni sulla sua forma. Secondo la teoria quantistica, non possiamo misurare contemporaneamente forma e colore. La visione di nessuno della realtà quantistica è completa; bisogna tenere conto di molte immagini diverse e mutuamente esclusive, ognuna delle quali ha una propria idea incompleta di ciò che sta accadendo. Questa è l'essenza del principio di complementarità, così come è stato formulato da Niels Bohr.

Di conseguenza, la teoria quantistica ci costringe a stare attenti nell'attribuire proprietà alla realtà fisica. Per evitare polemiche, si deve riconoscere che:

Non c'è proprietà se non è stata misurata.
La misurazione è un processo attivo che modifica il sistema da misurare

II

Descriviamo ora due esempi, ma non classici, illustrazioni delle stranezze della teoria quantistica. Entrambi sono stati testati in esperimenti rigorosi (negli esperimenti reali, le persone non misurano le forme ei colori delle torte, ma il momento angolare degli elettroni).

Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen (EPR) hanno descritto lo straordinario effetto che si verifica quando due sistemi quantistici sono intrecciati. L'effetto EPR combina una forma speciale, sperimentalmente realizzabile di entanglement quantistico con il principio di complementarità.

Una coppia EPR è composta da due quantoni, ciascuno dei quali può essere misurato in forma o colore (ma non entrambi). Supponiamo di avere molte di queste coppie, sono tutte uguali, e possiamo scegliere quali misurazioni prendiamo sui loro componenti. Se misuriamo la forma di uno dei membri della coppia EPR, è altrettanto probabile che otteniamo un quadrato o un cerchio. Se misuriamo il colore, con la stessa probabilità otteniamo rosso o blu.

Interessanti effetti che sembravano paradossali per EPR si verificano quando misuriamo entrambi i membri della coppia. Quando misuriamo il colore di entrambi i membri, o la loro forma, scopriamo che i risultati corrispondono sempre. Cioè, se scopriamo che uno di loro è rosso e poi misuriamo il colore del secondo, scopriamo anche che è rosso - e così via. D'altra parte, se misuriamo la forma dell'uno e il colore dell'altro, non si osserva alcuna correlazione. Cioè, se il primo era un quadrato, il secondo con la stessa probabilità può essere blu o rosso.

Secondo la teoria quantistica, otterremo tali risultati anche se i due sistemi sono separati da un'enorme distanza e le misurazioni vengono eseguite quasi contemporaneamente. La scelta del tipo di misurazione in una posizione sembra influenzare lo stato del sistema altrove. Questa "azione spaventosa a distanza", come la definì Einstein, sembra richiedere la trasmissione di informazioni - nel nostro caso, informazioni sulla misurazione effettuata - a una velocità superiore a quella della luce.

Ma lo è? Finché non so che risultato hai ottenuto, non so cosa aspettarmi. Ottengo informazioni utili quando ottengo il tuo risultato, non quando effettui una misurazione. E qualsiasi messaggio contenente il risultato che hai ricevuto deve essere trasmesso in qualche modo fisico, più lento della velocità della luce.

Con ulteriori studi, il paradosso è ancora più distrutto. Consideriamo lo stato del secondo sistema, se la misura del primo ha dato un colore rosso. Se decidiamo di misurare il colore del secondo quantone, otteniamo il rosso. Ma per il principio di complementarietà, se decidiamo di misurarne la forma quando è nello stato "rosso", avremo le stesse possibilità di ottenere un quadrato o un cerchio. Pertanto, il risultato dell'EPR è logicamente predeterminato. Questa è solo una rivisitazione del principio di complementarità.

Non c'è paradosso nel fatto che eventi lontani siano correlati. Dopotutto, se mettiamo uno dei due guanti di una coppia in scatole e lo spediamo in diverse parti del pianeta, non sorprende che guardando in una scatola, posso determinare a quale mano è destinato l'altro guanto. Allo stesso modo, in tutti i casi, la correlazione delle coppie EPR deve essere fissata su di esse quando sono vicine in modo che possano resistere alla successiva separazione come se avessero memoria. La stranezza del paradosso EPR non sta nella possibilità di correlazione in sé, ma nella possibilità della sua conservazione sotto forma di addizioni.

III

Daniel Greenberger, Michael Horn e Anton Zeilinger hanno scoperto un altro grande esempio di entanglement quantistico. Comprende tre dei nostri quantoni, che si trovano in uno stato entangled appositamente preparato (stato GHZ). Distribuiamo ciascuno di essi a diversi sperimentatori remoti. Ognuno sceglie, in modo indipendente e casuale, se misurare un colore o una forma e registra il risultato. L'esperimento viene ripetuto molte volte, ma sempre con tre quantoni nello stato GHZ.

Ogni singolo sperimentatore riceve risultati casuali. Misurando la forma del quantone, ottiene un quadrato o un cerchio con uguale probabilità; misurando il colore del quantone, ottiene rosso o blu con uguale probabilità. Mentre tutto è normale.

Ma quando gli sperimentatori si riuniscono e confrontano i risultati, l'analisi rivela un risultato sorprendente. Diciamo che chiamiamo una forma quadrata e un colore rosso "buono", e cerchi e colore blu - "malvagio". Gli sperimentatori scoprono che se due di loro decidono di misurare la forma e il terzo sceglie il colore, allora 0 o 2 misurazioni sono "malvagie" (cioè rotonde o blu). Ma se tutti e tre decidono di misurare il colore, allora 1 o 3 misurazioni sono malvagie. La meccanica quantistica lo prevede, ed è esattamente ciò che accade.

Domanda: La quantità di male è pari o dispari? Entrambe le possibilità sono realizzate in diverse dimensioni. Dobbiamo abbandonare questo problema. Non ha senso parlare della quantità di male in un sistema senza considerare come viene misurato. E questo porta a contraddizioni.

L'effetto GHZ, come lo descrive il fisico Sidney Colman, è "uno schiaffo in faccia alla meccanica quantistica". Rompe l'aspettativa abituale e appresa che i sistemi fisici abbiano proprietà predeterminate indipendentemente dalla loro misurazione. Se così fosse, l'equilibrio tra bene e male non dipenderebbe dalla scelta dei tipi di misurazione. Una volta che accetti l'esistenza dell'effetto GHZ, non lo dimenticherai e i tuoi orizzonti si allargheranno.

IV

Per ora, stiamo parlando di come l'entanglement ci impedisce di assegnare stati indipendenti univoci a più quantoni. Lo stesso ragionamento si applica ai cambiamenti in un quantone che si verificano nel tempo.

Si tratta di "storie intrecciate" quando è impossibile assegnare un certo stato al sistema in ogni momento. Proprio come escludiamo le possibilità nell'entanglement tradizionale, possiamo anche creare storie intrecciate effettuando misurazioni che raccolgono informazioni parziali su eventi passati. Nelle storie intrecciate più semplici, abbiamo un quantone che studiamo in due diversi momenti. Possiamo immaginare una situazione in cui determiniamo che la forma del nostro quantone era quadrata entrambe le volte, o rotonda entrambe le volte, ma entrambe le situazioni rimangono possibili. Questa è un'analogia quantistica temporale con le varianti più semplici di entanglement descritte in precedenza.

Usando un protocollo più complesso, possiamo aggiungere un po' di addizionalità a questo sistema e descrivere le situazioni che causano la proprietà "a molti mondi" della teoria quantistica. Il nostro quantone può essere preparato allo stato rosso, quindi misurato e ottenuto in blu. E come negli esempi precedenti, non possiamo assegnare permanentemente al quantone la proprietà del colore nell'intervallo tra due dimensioni; non ha una forma definita. Tali storie realizzano, in modo limitato ma completamente controllato e preciso, l'intuizione insita nel quadro dei molti mondi della meccanica quantistica. Un certo stato può dividersi in due traiettorie storiche contraddittorie, che poi si riconnettono.

Erwin Schrödinger, il fondatore della teoria quantistica, che era scettico sulla sua correttezza, ha sottolineato che l'evoluzione dei sistemi quantistici porta naturalmente a stati, la cui misurazione può dare risultati estremamente diversi. Il suo esperimento mentale con il "gatto di Schrödinger" postula, come sapete, l'incertezza quantistica, portata al livello di influenza sulla mortalità felina. Prima della misurazione, è impossibile assegnare la proprietà della vita (o della morte) a un gatto. Entrambi, o nessuno dei due, esistono insieme in un mondo di possibilità ultraterreno.

Il linguaggio quotidiano non è adatto a spiegare la complementarità quantistica, in parte perché l'esperienza quotidiana non la include. I gatti pratici interagiscono con le molecole d'aria circostanti e altri oggetti, in modi completamente diversi, a seconda che siano vivi o morti, quindi in pratica la misurazione è automatica e il gatto continua a vivere (o non a vivere). Ma le storie descrivono i quantoni, che sono i gattini di Schrödinger, con complessità. La loro descrizione completa richiede che prendiamo in considerazione due traiettorie di proprietà che si escludono a vicenda.

La realizzazione sperimentale controllata di storie entangled è una cosa delicata, poiché richiede la raccolta di informazioni parziali sui quantoni. Le misurazioni quantistiche convenzionali di solito raccolgono tutte le informazioni contemporaneamente, ad esempio determinano la forma esatta o il colore esatto, invece di ottenere informazioni parziali più volte. Ma si può fare, seppur con difficoltà tecniche estreme. In questo modo, possiamo assegnare un certo significato matematico e sperimentale alla diffusione del concetto di "molti mondi" nella teoria quantistica, e dimostrarne la realtà.