Da Albert Einstein ble truffet av den "skummele" langdistansekoblingen mellom partikler, tenkte han ikke på sin generell teori relativt. Einsteins eldgamle teori beskriver hvordan tyngdekraften oppstår når massive gjenstander deformerer vev...

Da Albert Einstein undret seg over den "skummele" langdistansekoblingen mellom partikler, tenkte han ikke på sin generelle relativitetsteori. Einsteins eldgamle teori beskriver hvordan tyngdekraften oppstår når massive gjenstander forvrider stoffet i rom og tid. kvanteforviklinger, at den makabre kilden til Einsteins skrekk har en tendens til å involvere bittesmå partikler som har liten effekt på tyngdekraften. Et støvkorn deformerer en madrass på nøyaktig samme måte som en subatomær partikkel forvrider rommet.

Den teoretiske fysikeren Mark Van Raamsdonk mistenker imidlertid at sammenfiltring og romtid faktisk er relatert. I 2009 regnet han ut at rom uten forviklinger ikke ville klare å holde seg sammen. Han skrev et papir som antydet at kvanteforviklinger er nålen som syr sammen teppet av kosmisk rom-tid.

Mange blader nektet å publisere arbeidet hans. Men etter år med innledende skepsis, har å utforske ideen om at sammenfiltring former romtiden blitt en av de hotteste trendene innen fysikk.

"Når vi kommer ut av fysikkens dype grunnlag, peker alt mot det faktum at rom må være assosiert med sammenfiltring," sier John Preskill, en teoretisk fysiker ved Caltech.

I 2012 dukket det opp et annet provoserende verk, som presenterte paradokset med sammenfiltrede partikler i og utenfor et svart hull. Mindre enn ett år senere kom to eksperter på feltet med en radikal løsning: sammenfiltrede partikler er forbundet med ormehull, Einsteins rom-tid-tunneler som nå vises i fysikkmagasiner og science fiction med like hyppighet. Hvis denne antakelsen er riktig, er ikke sammenfiltring den skumle, langdistanseforbindelsen som Einstein tenkte på - men en veldig ekte bro som forbinder fjerne punkter i rommet.

Mange forskere finner disse ideene verdt oppmerksomhet. I de siste årene har fysikere fra tilsynelatende ubeslektede disipliner konvergert på dette feltet med sammenfiltring, rom og ormehull. Forskere som en gang var fokusert på å bygge feilfrie kvantedatamaskiner lurer nå på om universet i seg selv er en kvantedatamaskin, som stille programmerer romtid i et komplekst nett av forviklinger. "Alt utvikler seg på en utrolig måte," sier Van Raamsdonk ved University of British Columbia i Vancouver.

Fysikere har store forhåpninger til hvor denne kombinasjonen av rom-tid og sammenfiltring vil ta dem. GR beskriver glimrende hvordan romtid fungerer; ny forskning kan løfte sløret for hvor romtiden kommer fra og hvordan den ser ut på de minste skalaene som er prisgitt kvantemekanikken. Entanglement kan være den hemmelige ingrediensen som vil forene disse så langt inkompatible regionene til en teori om kvantetyngdekraft, som lar forskere forstå forholdene inne i et svart hull og universets tilstand i de første øyeblikkene etter Big Bang.

Hologrammer og suppebokser

Van Raamsdonks åpenbaring i 2009 kom ikke ut av løse luften. Det er forankret i det holografiske prinsippet, ideen om at en grense som avgrenser et volum av rom kan inneholde all informasjonen den inneholder. Hvis vi anvender det holografiske prinsippet på Hverdagen, kan en nysgjerrig ansatt perfekt rekonstruere alt på kontoret - hauger med papirer, familiebilder, leker i hjørnet og til og med filer på en datamaskinharddisk - bare ved å se på ytterveggene på det firkantede kontoret.

Denne ideen er kontroversiell, gitt at veggene har to dimensjoner, men det indre av kontoret har tre. Men i 1997 ga Juan Maldacena, en strengteoretiker ved Harvard, et spennende eksempel på hva det holografiske prinsippet kunne avsløre om universet.

Han startet med anti-de Sitter space, som ligner gravitasjonsdominert romtid, men har en rekke merkelige egenskaper. Den er buet på en slik måte at et lysglimt som sendes ut et bestemt sted til slutt vil komme tilbake fra der det oppsto. Og selv om universet utvider seg, er anti-de Sitter-rommet ikke strukket eller komprimert. På grunn av slike funksjoner kan et stykke anti-de Sitter-rom med fire dimensjoner (tre romlige og en tidsmessig) være omgitt av en tredimensjonal grense.

Maldacena refererte til anti-de Sitter rom-tidssylinderen. Hver horisontal skive av sylinderen representerer tilstanden til rommet i et gitt øyeblikk, mens den vertikale dimensjonen til sylinderen representerer tid. Maldacena omringet sylinderen med en kant for hologrammet; hvis anti-de-sitter-plassen var en boks med suppe, ville grensen vært en etikett.

Ved første øyekast ser det ut til at denne kanten (etiketten) ikke har noe med fylling av sylinderen å gjøre. Grensemerket følger for eksempel kvantemekanikkens regler, ikke tyngdekraften. Likevel beskriver tyngdekraften rommet i innholdet i suppen. Maldacena viste at etiketten og suppen var den samme; kvanteinteraksjoner ved grensen beskriver perfekt anti-de Sitter-rommet som denne grensen lukker.

"Disse to teoriene virker helt forskjellige, men de beskriver nøyaktig det samme," sier Preskill.

Maldacena la sammenfiltring til den holografiske ligningen i 2001. Han så for seg plass i to suppebokser, som hver inneholdt et svart hull. Deretter skapte han tilsvarende en provisorisk telefon av kopper, som koblet svarte hull med et ormehull, en tunnel gjennom rom-tid først foreslått av Einstein og Nathan Rosen i 1935. Maldacena var på utkikk etter en måte å lage tilsvarende en slik rom-tid-forbindelse på boksetiketter. Trikset, innså han, var forvirring.

Som et ormehull knytter kvanteforviklinger sammen objekter som ikke har noen åpenbar sammenheng. Kvanteverdenen er et uklart sted: et elektron kan spinne i begge retninger samtidig, og være i en tilstand av superposisjon, inntil målinger gir et nøyaktig svar. Men hvis to elektroner er sammenfiltret, lar måling av spinn til det ene forsøkspersonen vite spinnet til det andre elektronet - selv om partnerelektronet er i en superposisjonstilstand. Denne kvantebindingen består selv om elektronene er atskilt med meter, kilometer eller lysår.

Maldacena viste at ved å vikle partikler på en etikett med partikler på en annen, kan en ormehullsforbindelse av bokser beskrives perfekt kvantemekanisk. I sammenheng med det holografiske prinsippet tilsvarer sammenfiltring å fysisk binde biter av romtid sammen.

Inspirert av denne forbindelsen mellom sammenfiltring og romtid, lurte Van Raamsdonk på hvor stor rolle sammenfiltring kan spille i utformingen av romtiden. Han presenterte den reneste etiketten på en boks med kvantesuppe: hvit, tilsvarende en tom plate med anti-de-sitter plass. Men han visste at i henhold til det grunnleggende i kvantemekanikken, ville det tomme rommet aldri være helt tomt. Den er fylt med par av partikler som flyter og forsvinner. Og disse flyktige partiklene er viklet inn.

Så Van Raamsdonk tegnet en imaginær halveringslinje på en holografisk etikett og brøt deretter matematisk kvantesammenfiltringen mellom partiklene på den ene halvdelen av etiketten og partiklene på den andre. Han fant ut at den tilsvarende disken til anti-de Sitter-plassen begynte å dele seg i to. Som om de sammenfiltrede partiklene var krokene som holder nettet av rom og tid på plass; uten dem faller romtiden fra hverandre. Etter hvert som Van Raamsdonk senket graden av sammenfiltring, ble delen av rommet knyttet til de delte områdene tynnere, som en gummitråd som strekker seg fra tyggegummi.

"Det fikk meg til å tenke at tilstedeværelsen av rom begynner med tilstedeværelsen av sammenfiltring."

Det var en dristig uttalelse, og det tok tid før Van Raamsdonks arbeid, publisert i General Relativity and Gravitation i 2010, fikk seriøs oppmerksomhet. Interessebrannen blusset opp så tidlig som i 2012, da fire fysikere fra University of California i Santa Barbara skrev en artikkel som utfordret konvensjonell visdom om hendelseshorisonten, det sorte hullets point of no return.

Sannheten skjult av brannmuren

På 1970-tallet viste teoretisk fysiker Stephen Hawking at par av sammenfiltrede partikler - de samme typene som Van Raamsdonk senere analyserte i sin kvantegrense - kunne forfalle ved hendelseshorisonten. Den ene faller ned i det sorte hullet, mens den andre slipper ut sammen med den såkalte Hawking-strålingen. Denne prosessen undergraver gradvis massen av det sorte hullet, og fører til slutt til dets død. Men hvis sorte hull forsvinner, bør også registreringen av alt som falt i forsvinne med det. Kvanteteori sier at informasjon ikke kan ødelegges.

På 1990-tallet hadde flere teoretiske fysikere, inkludert Stanfords Leonard Susskind, kommet opp med en løsning på dette problemet. Ja, sa de, materie og energi faller inn i et svart hull. Men fra en utenforstående observatørs synspunkt krysser dette materialet aldri hendelseshorisonten; han ser ut til å tulle på kanten. Som et resultat blir hendelseshorisonten en holografisk grense som inneholder all informasjon om rommet inne i det sorte hullet. Til slutt, når det sorte hullet fordamper, lekker denne informasjonen ut i form av Hawking-stråling. I prinsippet kan en observatør samle denne strålingen og gjenvinne all informasjon om det indre av et sort hull.

I deres papir fra 2012 uttalte fysikerne Ahmed Almheiri, Donald Marolph, James Sully og Joseph Polchinsky at det er noe galt med dette bildet. For en observatør som prøver å sette sammen puslespillet om hva som er inne i et svart hull, påpekte en, at alle de separate brikkene i puslespillet - partiklene til Hawkings stråling - må vikles inn i hverandre. Dessuten må hver Hawking-partikkel være viklet sammen med sin opprinnelige partner, som falt ned i det sorte hullet.

Dessverre er forvirring alene ikke nok. Kvanteteorien sier at for at sammenfiltring skal eksistere mellom alle partikler utenfor det sorte hullet, må sammenfiltringen av disse partiklene med partikler inne i det sorte hullet utelukkes. I tillegg har fysikere oppdaget at å bryte en av forviklingene ville skape en ugjennomtrengelig energivegg, den såkalte brannmuren, i hendelseshorisonten.

Mange fysikere har tvilt på at sorte hull faktisk fordamper alt som prøver å komme inn. Men selve muligheten for at det finnes en brannmur fører til forstyrrende tanker. Tidligere har fysikere allerede tenkt på hvordan rommet ser ut inne i et svart hull. Nå er de ikke sikre på om sorte hull har denne "innsiden" i det hele tatt. Alle ser ut til å ha forsonet seg, bemerker Preskill.

Men Susskind sa ikke opp selv. Han brukte år på å prøve å bevise at informasjon ikke forsvinner inne i et svart hull; i dag er han også overbevist om at ideen om en brannmur er feil, men han har ennå ikke klart å bevise dette. En dag fikk han et kryptisk brev fra Maldacena: «Det var ikke mye i det», sier Susskind. - Kun ER = EPJ. Maldacena, nå ved Institute for Advanced Study i Princeton, reflekterte over arbeidet hans med suppeboksene fra 2001 og lurte på om ormehull kunne løse sammenfiltringen som ble generert av brannmurproblemet. Susskind tok raskt opp ideen.

I en artikkel publisert i det tyske tidsskriftet Fortschritte der Physik i 2013, uttalte Maldacena og Susskind at et ormehull - teknisk sett en Einstein-Rosen-bro, eller ER - er den spatiotemporale ekvivalenten til kvantesammenfiltring. (Under EPR forstå eksperimentet til Einstein-Podolsky-Rosen, som var ment å fjerne den mytologiske kvanteforviklingen). Dette betyr at hver partikkel av Hawking-stråling, uansett hvor langt fra opprinnelsen, er direkte forbundet med det indre av det sorte hullet via en kort vei gjennom romtiden.

"Hvis du beveger deg gjennom et ormehull, er ting som er langt unna ikke så langt unna," sier Susskind.

Susskind og Maldacena foreslo å samle alle Hawking-partiklene og skyve dem sammen til de kollapser i et svart hull. Dette sorte hullet ville være sammenfiltret, og derfor forbundet med et ormehull til det originale sorte hullet. Dette trikset gjorde det sammenfiltrede rotet av Hawking-partikler - paradoksalt nok viklet inn i det sorte hullet og med hverandre - til to sorte hull forbundet med et ormehull. Forvirringen overbelastningen løste seg og brannmurproblemet var over.

Ikke alle forskere har hoppet på vognen til ER = EPR-trikken. Susskind og Maldacena erkjenner at de fortsatt har mye arbeid å gjøre for å bevise at ormehull og sammenfiltring er likeverdige. Men etter å ha fundert på implikasjonene av brannmurparadokset, er mange fysikere enige om at romtiden inne i et svart hull skylder sin eksistens til sammenfiltring med strålingen utenfor. Dette er en viktig innsikt, bemerker Preskill, fordi det også betyr at hele stoffet av rom-tid i universet, inkludert lappen vi okkuperer, er et produkt av kvante makaber handling.

romdatamaskin

Det er én ting å si at universet konstruerer rom-tid gjennom sammenfiltring; det er en helt annen å vise hvordan universet gjør det. Preskill og kolleger taklet denne vanskelige oppgaven, som bestemte seg for å betrakte kosmos som en kolossal kvantedatamaskin. I nesten tjue år har forskere bygget kvantedatamaskiner, som bruker informasjon kodet i sammenfiltrede elementer som fotoner eller bittesmå kretser for å løse problemer som tradisjonelle datamaskiner ikke kan. Preskills team bruker kunnskapen fra disse forsøkene til å forutsi hvordan individuelle detaljer inne i en suppeboks vil oversettes til en forvirrende etikett.

Kvantedatamaskiner opererer ved å betjene komponenter som er i en superposisjon av tilstander som databærere - de kan være nuller og enere på samme tid. Men superposisjonstilstanden er veldig skjør. Overskuddsvarme kan for eksempel ødelegge en tilstand og all kvanteinformasjonen som finnes i den. Dette tapet av informasjon, som Preskill sammenligner med revne sider i en bok, virker uunngåelig.

Men fysikere svarte med å lage en protokoll for kvantefeilkorreksjon. I stedet for å stole på en enkelt partikkel for å lagre en kvantebit, deler forskere dataene over flere sammenfiltrede partikler. En bok skrevet på språket for kvantefeilkorreksjon ville være full av vrøvl, sier Preskill, men alt innholdet kan gjenopprettes selv om halvparten av sidene forsvinner.

Kvantefeilkorreksjon har vakt mye oppmerksomhet de siste årene, men nå mistenker Preskill og kollegene at naturen har kommet opp med dette systemet for lenge siden. I juni, i Journal of High Energy Physics, viste Preskill og teamet hans hvordan sammenfiltringen av mange partikler ved en holografisk grense perfekt beskriver en enkelt partikkel tiltrukket av tyngdekraften inne i en del av anti-de Sitter-rommet. Maldacena sier at dette funnet kan føre til en bedre forståelse av hvordan et hologram koder for alle detaljene i romtiden det omgir.

Fysikere innser at deres spekulasjoner har en lang vei å gå for å matche virkeligheten. Mens anti-de Sitter-rom tilbyr fysikere fordelen av å jobbe med en veldefinert grense, har ikke universet en så tydelig etikett på en suppeboks. Rom-tid-stoffet i kosmos har utvidet seg siden Big Bang og fortsetter å gjøre det i et økende tempo. Hvis du sender en lysstråle ut i rommet, vil den ikke snu og komme tilbake; han vil fly. "Det er ikke klart hvordan man skal definere den holografiske teorien om universet vårt," skrev Maldacena i 2005. "Det er bare ikke et bra sted å sette et hologram."

Men så rart som alle disse hologrammene, suppeboksene og ormehullene kan høres ut, kan de være lovende veier som fører til sammensmeltingen av kvanteskumle aktiviteter med geometrien til rom-tid. I arbeidet med ormehull diskuterte Einstein og Rosen mulige kvanteimplikasjoner, men koblet ikke til deres tidligere arbeid med sammenfiltring. I dag kan denne forbindelsen bidra til å forene kvantemekanikken til generell relativitet til en teori om kvantetyngdekraften. Væpnet med en slik teori kunne fysikere sortere ut mysteriene rundt tilstanden til det unge universet, når materie og energi passer inn i et uendelig lite punkt i rommet. publisert

Det gylne løvet på trærne lyste sterkt. Kveldssolens stråler berørte de tynne toppene. Lyset brøt gjennom grenene og iscenesatte et skue av bisarre skikkelser som flimret på veggen til universitetets "kapterka".

Sir Hamiltons ettertenksomme blikk beveget seg sakte, og så på spillet av chiaroscuro. I hodet til den irske matematikeren var det en ekte smeltedigel av tanker, ideer og konklusjoner. Han var godt klar over at forklaringen på mange fenomener ved hjelp av newtonsk mekanikk er som skyggespillet på veggen, som på villedende måte fletter figurer sammen og lar mange spørsmål stå ubesvarte. "Kanskje det er en bølge ... eller kanskje det er en strøm av partikler," lurte forskeren, "eller lys er en manifestasjon av begge fenomenene. Som figurer vevd av skygge og lys.

Begynnelsen på kvantefysikk

Det er interessant å se flotte mennesker og prøve å forstå hvordan gode ideer blir født som endrer hele menneskehetens utvikling. Hamilton er en av dem som sto ved opprinnelsen til fødselen kvantefysikk. Femti år senere, på begynnelsen av det tjuende århundre, var mange forskere engasjert i studiet av elementærpartikler. Kunnskapen som ble oppnådd var inkonsekvent og ukompilert. De første vaklende skrittene ble imidlertid tatt.

Forstå mikroverdenen på begynnelsen av det 20. århundre

I 1901 ble den første modellen av atomet presentert og dens feil ble vist, sett fra vanlig elektrodynamikk. I samme periode publiserte Max Planck og Niels Bohr mange arbeider om atomets natur. Til tross for deres møysommelige arbeid, var det ingen fullstendig forståelse av strukturen til atomet.

Noen år senere, i 1905, publiserte en lite kjent tysk vitenskapsmann Albert Einstein en rapport om muligheten for eksistensen av et lyskvante i to tilstander - bølge og korpuskulær (partikler). I arbeidet hans ble det gitt argumenter som forklarer årsaken til at modellen mislyktes. Einsteins visjon var imidlertid begrenset av den gamle forståelsen av atommodellen.

Etter tallrike arbeider av Niels Bohr og hans kolleger i 1925, ble en ny retning født - en slags kvantemekanikk. Et vanlig uttrykk - "kvantemekanikk" dukket opp tretti år senere.

Hva vet vi om quanta og deres særheter?

I dag har kvantefysikken gått langt nok. Mange forskjellige fenomener har blitt oppdaget. Men hva vet vi egentlig? Svaret presenteres av en moderne vitenskapsmann. «Man kan enten tro på kvantefysikk eller ikke forstå det», er definisjonen.Tenk på det selv. Det vil være tilstrekkelig å nevne et slikt fenomen som kvantesammenfiltring av partikler. Dette fenomenet har kastet den vitenskapelige verden inn i en posisjon av fullstendig forvirring. Enda mer sjokkerende var at det resulterende paradokset er uforenlig med Einstein.

Effekten av kvantesammenfiltring av fotoner ble først diskutert i 1927 på den femte Solvay-kongressen. Det oppsto en heftig krangel mellom Niels Bohr og Einstein. Paradokset med kvanteforviklinger har fullstendig endret forståelsen av essensen av den materielle verden.

Det er kjent at alle legemer består av elementærpartikler. Følgelig gjenspeiles alle fenomenene innen kvantemekanikk i den vanlige verden. Niels Bohr sa at hvis vi ikke ser på månen, så eksisterer den ikke. Einstein anså dette som urimelig og mente at objektet eksisterer uavhengig av observatøren.

Når man studerer problemene med kvantemekanikk, bør man forstå at dens mekanismer og lover er sammenkoblet og ikke adlyder klassisk fysikk. La oss prøve å forstå det mest kontroversielle området - kvantesammenfiltringen av partikler.

Teorien om kvanteforviklinger

Til å begynne med er det verdt å forstå at kvantefysikk er som en bunnløs brønn der du kan finne alt du vil. Fenomenet kvanteforviklinger ved begynnelsen av forrige århundre ble studert av Einstein, Bohr, Maxwell, Boyle, Bell, Planck og mange andre fysikere. Gjennom det tjuende århundre studerte tusenvis av forskere rundt om i verden det aktivt og eksperimenterte.

Verden er underlagt fysikkens strenge lover

Hvorfor en slik interesse for kvantemekanikkens paradokser? Alt er veldig enkelt: vi lever og adlyder visse lover i den fysiske verden. Evnen til å "omgå" predestinasjon åpner en magisk dør bak som alt blir mulig. For eksempel fører konseptet "Schrödingers katt" til kontroll av materie. Det vil også bli mulig å teleportere informasjon, noe som forårsaker kvanteforviklinger. Overføringen av informasjon vil bli øyeblikkelig, uavhengig av avstand.
Denne problemstillingen er fortsatt under utredning, men har en positiv trend.

Analogi og forståelse

Hva er unikt med kvanteforviklinger, hvordan forstå det, og hva skjer med det? La oss prøve å finne ut av det. Dette vil kreve litt tankeeksperiment. Tenk deg at du har to bokser i hendene. Hver av dem inneholder en ball med en stripe. Nå gir vi en boks til astronauten, og han flyr til Mars. Så snart du åpner boksen og ser at stripen på ballen er horisontal, så vil ballen i den andre boksen automatisk ha en vertikal stripe. Dette vil være kvanteforviklinger. med enkle ord uttalt: ett objekt forhåndsbestemmer posisjonen til et annet.

Det skal imidlertid forstås at dette kun er en overfladisk forklaring. For å få kvantesammenfiltring er det nødvendig at partiklene har samme opphav, som tvillinger.

Det er veldig viktig å forstå at eksperimentet vil bli forstyrret hvis noen før deg hadde muligheten til å se på minst ett av objektene.

Hvor kan kvanteforviklinger brukes?

Prinsippet om kvanteforviklinger kan brukes til å overføre informasjon til lange avstander umiddelbart. En slik konklusjon strider mot Einsteins relativitetsteori. Den sier at maksimal bevegelseshastighet er iboende bare i lys - tre hundre tusen kilometer per sekund. Slik overføring av informasjon muliggjør eksistensen av fysisk teleportering.

Alt i verden er informasjon, inkludert materie. Kvantefysikere kom til denne konklusjonen. I 2008, basert på en teoretisk database, var det mulig å se kvanteforviklinger med det blotte øye.

Dette indikerer nok en gang at vi er på randen av store oppdagelser – bevegelse i rom og tid. Tiden i universet er diskret, så øyeblikkelig bevegelse over store avstander gjør det mulig å komme inn i forskjellige tidstettheter (basert på hypotesene til Einstein, Bohr). Kanskje i fremtiden vil det være en realitet akkurat som mobiltelefonen er i dag.

Eterdynamikk og kvanteforviklinger

Ifølge noen ledende forskere er kvanteforviklinger forklart av det faktum at rommet er fylt med en slags eter - svart materie. Enhver elementær partikkel, som vi vet, eksisterer i form av en bølge og en korpuskel (partikkel). Noen forskere tror at alle partikler er på "lerretet" av mørk energi. Dette er ikke lett å forstå. La oss prøve å finne ut av det på en annen måte - assosiasjonsmetoden.

Se for deg selv ved sjøen. Lett bris og lett bris. Ser du bølgene? Og et sted i det fjerne, i refleksjonene av solstrålene, er en seilbåt synlig.
Skipet vil være vår elementære partikkel, og havet vil være eter (mørk energi).
Havet kan være i bevegelse i form av synlige bølger og vanndråper. På samme måte kan alle elementære partikler bare være et hav (dets integrerte del) eller en separat partikkel - en dråpe.

Dette er et forenklet eksempel, alt er noe mer komplisert. Partikler uten tilstedeværelse av en observatør er i form av en bølge og har ikke en bestemt plassering.

Den hvite seilbåten er en fremtredende gjenstand, den skiller seg fra overflaten og strukturen til sjøvannet. På samme måte er det «topper» i energihavet som vi kan oppfatte som en manifestasjon av de kreftene vi kjenner til som har formet den materielle delen av verden.

Mikroverdenen lever etter sine egne lover

Prinsippet om kvantesammenfiltring kan forstås hvis vi tar i betraktning det faktum at elementærpartikler er i form av bølger. Uten en bestemt plassering og egenskaper er begge partiklene i et hav av energi. I det øyeblikket observatøren dukker opp, "forvandles" bølgen til et objekt som er tilgjengelig for berøring. Den andre partikkelen, som observerer likevektssystemet, får motsatte egenskaper.

Den beskrevne artikkelen er ikke rettet mot romslig vitenskapelige beskrivelser kvanteverden. Mulighet for refleksjon vanlig person basert på tilgjengeligheten av forståelse av materialet som presenteres.

Fysikken til elementærpartikler studerer sammenfiltringen av kvantetilstander basert på spinn (rotasjon) til en elementærpartikkel.

På vitenskapelig språk (forenklet) - kvanteforviklinger er definert av forskjellige spinn. I prosessen med å observere objekter, så forskerne at bare to spinn kan eksistere - langs og på tvers. Merkelig nok, i andre posisjoner "poserer" ikke partiklene for observatøren.

Ny hypotese – et nytt syn på verden

Studiet av mikrokosmos – rommet til elementærpartikler – ga opphav til mange hypoteser og antakelser. Effekten av kvanteforviklinger fikk forskere til å tenke på eksistensen av en slags kvantemikrogitter. Etter deres mening er det et kvante ved hver node - skjæringspunktet. All energi er et integrert gitter, og manifestasjonen og bevegelsen av partikler er bare mulig gjennom nodene til gitteret.

Størrelsen på "vinduet" til en slik rist er ganske liten, og målingen moderne utstyr umulig. For å bekrefte eller tilbakevise denne hypotesen, bestemte forskere seg for å studere bevegelsen til fotoner i et romlig kvantegitter. Poenget er at et foton kan bevege seg enten rett eller i sikksakk – langs diagonalen til gitteret. I det andre tilfellet, etter å ha overvunnet en større avstand, vil han bruke mer energi. Følgelig vil det skille seg fra et foton som beveger seg i en rett linje.

Kanskje vil vi over tid lære at vi lever i et romlig kvantenett. Eller denne antagelsen kan være feil. Det er imidlertid prinsippet om kvantesammenfiltring som indikerer muligheten for at det finnes et gitter.

Hvis å snakke enkelt språk, så i en hypotetisk romlig "kube" har definisjonen av det ene ansiktet en klar motsatt betydning av det andre. Dette er prinsippet om å bevare strukturen til rom - tid.

Epilog

For å forstå kvantefysikkens magiske og mystiske verden, er det verdt å se nærmere på utviklingen av vitenskapen de siste fem hundre årene. Det pleide å være at jorden var flat, ikke sfærisk. Årsaken er åpenbar: hvis du tar formen som rund, vil vann og mennesker ikke være i stand til å motstå.

Som vi kan se, eksisterte problemet i fravær av en fullstendig visjon av alle aktive krefter. Er det mulig at moderne vitenskap for å forstå kvantefysikk er det ikke nok å se alle de handlende kreftene. Visjonshull gir opphav til et system av motsetninger og paradokser. Kanskje den magiske verden av kvantemekanikk inneholder svarene på spørsmålene som stilles.

Hvis du ennå ikke har blitt truffet av kvantefysikkens underverk, vil tenkningen din helt sikkert snu opp ned etter denne artikkelen. I dag skal jeg fortelle deg hva kvanteforviklinger er, men med enkle ord, slik at alle kan forstå hva det er.

Entanglement som en magisk forbindelse

Etter at de uvanlige effektene som oppstår i mikrokosmos ble oppdaget, kom forskerne til en interessant teoretisk antagelse. Det fulgte nøyaktig fra grunnlaget for kvanteteorien.

Tidligere snakket jeg om hvordan elektronet oppfører seg veldig rart.

Men sammenfiltringen av kvante-, elementærpartikler motsier generelt all sunn fornuft, går utover enhver forståelse.

Hvis de samhandlet med hverandre, forblir det etter separasjon en magisk forbindelse mellom dem, selv om de er atskilt med en hvilken som helst, vilkårlig stor avstand.

Magisk i den forstand at informasjon mellom dem overføres umiddelbart.

Som kjent fra kvantemekanikken er en partikkel før måling i en superposisjon, det vil si at den har flere parametere samtidig, er uskarp i rommet og har ikke en eksakt spinnverdi. Hvis det gjøres en måling på en av et par tidligere samvirkende partikler, det vil si at bølgefunksjonen kollapser, vil den andre umiddelbart reagere på denne målingen. Det spiller ingen rolle hvor langt fra hverandre de er. Fantasy, ikke sant.

Som kjent fra Einsteins relativitetsteori kan ingenting overstige lysets hastighet. For at informasjon skal nå fra en partikkel til den andre, er det i det minste nødvendig å bruke tiden for passasje av lys. Men en partikkel reagerer umiddelbart på målingen av den andre. Informasjon med lysets hastighet ville ha nådd henne senere. Alt dette passer ikke inn i sunn fornuft.

Hvis vi deler et par elementærpartikler med null felles parameter spinn, så må man ha et negativt spinn, og det andre positivt. Men før målingen er verdien av spinn i superposisjon. Så snart vi målte spinn til den første partikkelen, så vi at den har en positiv verdi, så umiddelbart får den andre et negativt spinn. Hvis, tvert imot, den første partikkelen får en negativ verdi av spinnet, får den andre en øyeblikkelig positiv verdi.

Eller en slik analogi.

Vi har to baller. Den ene er svart, den andre er hvit. Vi dekket dem med ugjennomsiktige briller, vi kan ikke se hvilken som er hvilken. Vi blander oss som i fingerbøllspillet.

Hvis du åpner det ene glasset og ser at det er en hvit kule, så er det andre glasset svart. Men først vet vi ikke hvilken som er hvilken.

Slik er det med elementærpartikler. Men før du ser på dem, er de i superposisjon. Før måling er kulene som fargeløse. Men etter å ha ødelagt superposisjonen til en ball og ser at den er hvit, blir den andre umiddelbart svart. Og dette skjer umiddelbart, enten det er minst én ball på bakken, og den andre i en annen galakse. For at lys skal nå fra en ball til en annen i vårt tilfelle, la oss si at det tar hundrevis av år, og den andre ballen lærer at en måling ble gjort på den andre, jeg gjentar, umiddelbart. Det er forvirring mellom dem.

Det er klart at Einstein, og mange andre fysikere, ikke godtok et slikt utfall av hendelser, det vil si kvanteforviklinger. Han betraktet kvantefysikkens konklusjoner som feil, ufullstendige og antok at noen skjulte variabler manglet.

Tvert imot, Einsteins paradoks beskrevet ovenfor ble oppfunnet for å vise at kvantemekanikkens konklusjoner ikke er korrekte, fordi sammenfiltring er i strid med sunn fornuft.

Dette paradokset ble kalt Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset, forkortet som EPR-paradokset.

Men eksperimenter med sammenfiltring senere av A. Aspect og andre forskere viste at Einstein tok feil. Kvanteforviklinger eksisterer.

Og dette var ikke lenger teoretiske forutsetninger som stammet fra ligningene, men de virkelige fakta om mange eksperimenter på kvanteforviklinger. Forskere så dette live, og Einstein døde uten å vite sannheten.

Partikler samhandler virkelig umiddelbart, begrensninger på lysets hastighet er ikke en hindring for dem. Verden viste seg å være mye mer interessant og kompleks.

Med kvanteforviklinger, gjentar jeg, er det en umiddelbar overføring av informasjon, en magisk forbindelse dannes.

Men hvordan kan dette være?

Dagens kvantefysikk svarer på dette spørsmålet på en elegant måte. Det er øyeblikkelig kommunikasjon mellom partikler, ikke fordi informasjon overføres veldig raskt, men fordi de på et dypere nivå rett og slett ikke er atskilt, men fortsatt er sammen. De er i den såkalte kvanteforviklingen.

Det vil si at forvirringstilstanden er en slik tilstand av systemet, der det i henhold til noen parametere eller verdier ikke kan deles inn i separate, helt uavhengige deler.

For eksempel kan elektroner etter interaksjon separeres med en stor avstand i rommet, men spinnene deres er fortsatt sammen. Derfor, under eksperimentene, stemmer spinnene umiddelbart med hverandre.

Forstår du hvor dette fører?

Dagens kunnskap om moderne kvantefysikk basert på teorien om dekoherens kommer ned til én ting.

Det er en dypere, umanifestert virkelighet. Og det vi observerer som en kjent klassisk verden er bare en liten del, et spesielt tilfelle av en mer fundamental kvantevirkelighet.

Den inneholder ikke rom, tid, noen parametere til partikler, men bare informasjon om dem, den potensielle muligheten for deres manifestasjon.

Det er dette faktum som grasiøst og enkelt forklarer hvorfor sammenbruddet av bølgefunksjonen, vurdert i forrige artikkel, kvanteforviklinger og andre underverker i mikrokosmos oppstår.

I dag, når de snakker om kvanteforviklinger, husker de den andre verdenen.

Det vil si at på et mer grunnleggende nivå er en elementær partikkel umanifestert. Den er plassert samtidig på flere punkter i rommet, har flere verdier av spinn.

Da kan det ifølge noen parametere manifestere seg i vår klassiske verden under målingen. I eksperimentet diskutert ovenfor har to partikler allerede en spesifikk romkoordinatverdi, men spinnene deres er fortsatt i kvantevirkelighet, umanifesterte. Det er ikke plass og tid, så spinnene til partiklene er låst sammen, til tross for den enorme avstanden mellom dem.

Og når vi ser på hvilket spinn en partikkel har, det vil si at vi gjør en måling, trekker vi liksom spinnet ut av kvantevirkelighet inn i vår vanlige verden. Og det ser ut til at partikler utveksler informasjon umiddelbart. Det er bare det at de fortsatt var sammen i én parameter, selv om de var langt fra hverandre. Deres separasjon er faktisk en illusjon.

Alt dette virker rart, uvanlig, men dette faktum er allerede bekreftet av mange eksperimenter. Kvantedatamaskiner er basert på magisk sammenfiltring.

Virkeligheten viste seg å være mye mer kompleks og interessant.

Prinsippet om kvanteforviklinger passer ikke inn i vårt vanlige syn på verden.

Dette er hvordan fysiker-vitenskapsmannen D.Bohm forklarer kvanteforviklinger.

La oss si at vi ser på fisk i et akvarium. Men på grunn av noen begrensninger kan vi ikke se på akvariet som det er, men bare på projeksjonene, filmet av to kameraer foran og på siden. Det vil si at vi ser på fisken og ser på to fjernsynsapparater. Fisken virker annerledes for oss, ettersom vi fotograferer den med det ene kameraet foran, det andre i profil. Men mirakuløst nok er bevegelsene deres tydelig konsistente. Så snart fisken fra den første skjermen snur, snur den andre umiddelbart også. Vi er overrasket, og skjønner ikke at dette er den samme fisken.

Så det er i et kvanteeksperiment med to partikler. På grunn av deres begrensninger ser det ut til at spinnene til to tidligere samvirkende partikler er uavhengige av hverandre, for nå er partiklene langt fra hverandre. Men i virkeligheten er de fortsatt sammen, men i en kvantevirkelighet, i en ikke-lokal kilde. Vi ser rett og slett ikke på virkeligheten slik den virkelig er, men med en forvrengning, innenfor rammen av klassisk fysikk.

Kvanteteleportering på en enkel måte

Da forskere lærte om kvanteforviklinger og umiddelbar overføring av informasjon, lurte mange på: er teleportering mulig?

Det viste seg å være virkelig mulig.

Det har allerede vært mange eksperimenter på teleportering.

Essensen av metoden kan lett forstås hvis du forstår generelt prinsipp forvirring.

Det er en partikkel, for eksempel et elektron A og to par sammenfiltrede elektroner B og C. Elektronet A og paret B, C er på forskjellige punkter i rommet, uansett hvor langt unna. Og la oss nå konvertere partiklene A og B til kvanteforviklinger, det vil si la oss kombinere dem. Nå blir C nøyaktig det samme som A, fordi deres generelle tilstand ikke endres. Det vil si at partikkel A som det var teleportert til partikkel C.

I dag er det utført mer komplekse eksperimenter på teleportering.

Selvfølgelig er alle forsøk så langt kun utført med elementærpartikler. Men du må innrømme at det er utrolig. Tross alt består vi alle av de samme partiklene, forskere sier at teleportering av makroobjekter teoretisk sett ikke er annerledes. Det er bare nødvendig å løse mange tekniske problemer, og dette er bare et spørsmål om tid. Kanskje, i sin utvikling, vil menneskeheten nå evnen til å teleportere store objekter, og til og med personen selv.

kvantevirkelighet

Kvanteforviklinger er integritet, kontinuitet, enhet på et dypere nivå.

Hvis partiklene i henhold til noen parametere er i kvantesammenfiltring, kan de i henhold til disse parametrene ganske enkelt ikke deles inn i separate deler. De er avhengige av hverandre. Slike egenskaper er rett og slett fantastiske fra den kjente verdens synspunkt, transcendente, kan man si utenomjordiske og transcendente. Men dette er et faktum som det ikke er noen flukt fra. Det er på tide å erkjenne det.

Men hvor fører alt dette hen?

Det viser seg at mange åndelige læresetninger fra menneskeheten lenge har snakket om denne tilstanden.

Verden vi ser, bestående av materielle objekter, er ikke grunnlaget for virkeligheten, men bare en liten del av den og ikke den viktigste. Det er en transcendent virkelighet som setter, bestemmer alt som skjer med vår verden, og derfor med oss.

Det er der de virkelige svarene på de evige spørsmålene om meningen med livet, den sanne utviklingen av en person, det å finne lykke og helse ligger.

Og dette er ikke tomme ord.

Alt dette fører til en nytenkning av livsverdier, en forståelse av at bortsett fra den meningsløse jakten på materiell rikdom, er det noe viktigere og høyere. Og denne virkeligheten er ikke et sted der ute, den omgir oss overalt, den gjennomsyrer oss, den er, som de sier, «til fingerspissene».

Men la oss snakke om det i de neste artiklene.

Se nå en video om kvanteforviklinger.

Vi beveger oss jevnt fra kvantesammenfiltring til teori. Mer om dette i neste artikkel.

Kvanteforviklinger, eller «skummel handling på avstand» som Albert Einstein kalte det, er et kvantemekanisk fenomen der kvantetilstandene til to eller flere objekter blir gjensidig avhengige av hverandre. Denne avhengigheten bevares selv om gjenstandene fjernes fra hverandre i mange kilometer. Du kan for eksempel vikle inn et par fotoner, ta en av dem til en annen galakse, og deretter måle spinnet til det andre fotonet – og det vil være motsatt av spinnet til det første fotonet, og omvendt. De prøver å tilpasse kvantesammenfiltring for øyeblikkelig dataoverføring over gigantiske avstander, eller til og med for teleportering.

Moderne datamaskiner gir ganske mange muligheter for å modellere en rekke situasjoner. Imidlertid vil eventuelle beregninger være "lineære" til en viss grad, siden de adlyder veldefinerte algoritmer og ikke kan avvike fra dem. Og dette systemet tillater ikke simulering av komplekse mekanismer der tilfeldighet er et nesten konstant fenomen. Dette er en simulering av livet. Og hvilken enhet kan tillate den å lage? Kvantedatamaskin! Det var på en av disse maskinene det største prosjektet for å simulere kvanteliv ble lansert.