В Делфтском техническом университете доказали реальность существования одного из самых спорных следствий в квантовой механики – явления квантовой запутанности. Оно говорит о том, что квантовые объекты, находящиеся на сколь угодно большом удалении, могут моментально воздействовать на поведение друг друга.

Данное предположение получило первые и очень убедительные экспериментальные подтверждения еще в 1970-х годах, однако окончательно доказано так и не было. Благодаря исследованиям в Голландии удалось значительно сузить круг возможностей для потенциальных так называемых теорий со скрытыми параметрами, не предполагающих состояния, известного как квантовая запутанность.

Сделать это удалось благодаря экспериментам с двумя электронами, которые после некоторого взаимодействия разлетались на расстояние в 1,3 километра и фиксировались с помощью специальных ловушек, установленных в крошечные алмазы. С помощью мельчайших порций электромагнитного излучения проводились измерения спинов обоих электронов. Эксперимент показал, что поведение электронов описывается именно так, как если бы они находились в состоянии запутанности, и что измерение спина одного из электронов моментально воздействует на другую частицу.

Новое открытие явилось очередным ударом по одной из основ классической физики, известной как "принцип локальности". Этот принцип утверждает, что любой физический объект подвержен влиянию только своего непосредственного окружения. Иными словами, если один человек находится на одном краю галактики, а его собеседник – на другом, то нет возможности моментально подействовать каким-либо образом (по крайней мере, быстрее, чем время, за которое свет преодолеет расстояние между ними). Если же люди находятся на разных концах Вселенной, то воздействие и вовсе станет невозможно. Свет попросту не успеет преодолеть это расстояние, так как Вселенная постоянно расширяется, причем с ускорением.

Исследование в Нидерландах подтверждает ту идею, с которой Эйнштейн не мог смириться до конца своей жизни. Великий изобретатель теории относительности критиковал квантовую механику за ее неполноту, из-за которой, по его мнению, она приводила к абсурдным следствиям, одно из которых Эйнштейн называл "пугающим дальнодействием".

Эйнштейн имел в виду тот факт, что вероятностная интерпретация квантовой механики приводит к существованию между частицами некоторой скрытой связи. Представить это можно с помощью мысленного эксперимента. Предположим, что есть две частицы, А и В, обладающие некоторым направлением спина. Далее представим, что спин первой частицы известен и направлен по направлению ее движения. Спин второй также известен, и он направлен противоположно. Частицы некоторым образом взаимодействуют, после чего разлетаются на сколь угодно большое расстояние (километр, миллиард километров или миллиард миллиардов километров – в данном случае это не имеет значения). Направление спина обеих частиц после их взаимодействия изменилось, но каким именно оно стало, невозможно узнать без измерения. Все, что может дать квантовая механика, – это описание смешанного состояния каждой из частиц. Будет известно, что состояние обеих частиц вместе является суммой их прошлых состояний по отдельности. Каким именно спином будет обладать каждая из частиц в отдельности, можно узнать, только измерив его непосредственно.

Чтобы прочувствовать, насколько эта ситуация отличается от таковой в классической физике, можно представить вместо частиц два мяча. Если известны скорости мячей, количество их вращательного движения, а также внутренние параметры самих мячей, то с помощью физических законов теоретически можно предсказать любое их поведение после столкновения. Для этого совсем не обязательно проводить какие-либо измерения. Однако в квантовой механике ситуация обстоит кардинально иначе – после взаимодействия обе частицы оказываются в состоянии "квантовой запутанности". Пока они находятся в этом состоянии, нельзя ничего сказать о них в отдельности, можно лишь высчитать состояние всей квантовой системы из двух частиц.

Во второй части статьи будет приведено мнение физиков по поводу квантовой запутанности, а также рассказ об экспериментах наших дней, опровергающих их теорию.

Чехол-аккумулятор

Детские смарт-часы