1 мин чтения

Квантовая механика, теория, которая управляет микромиром атомов и частиц, безусловно, обладает x-фактором.

В отличие от многих других областей физики, она причудлива и противоречит интуиции, что делает ее ослепительной и интригующей.

Когда Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена Алену Аспекту, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру за исследования, проливающие свет на квантовую механику, это вызвало волнение и дискуссию.

Но дебаты о квантовой механике – будь то на форумах чатов, в средствах массовой информации или в научной фантастике – часто могут запутаться из-за ряда устойчивых мифов и заблуждений. Вот четыре мифа.

1. Кошка может быть мертвой и живой

Эрвин Шредингер, вероятно, никогда бы не смог предсказать, что его мысленный эксперимент “кот Шредингера” получит статус интернет-мема в 21 веке.

Это наводит на мысль, что несчастный кот, застрявший в коробке с выключателем, сработавшим в результате случайного квантового события – радиоактивного распада, например, – может быть живым и мертвым одновременно, если мы не откроем коробку для проверки.

Мы давно знаем, что квантовые частицы могут находиться в двух состояниях – например, в двух местах – одновременно. Мы называем это суперпозицией.

Ученые смогли показать это в знаменитом эксперименте с двумя щелями, где одна квантовая частица, такая как фотон или электрон, может проходить через две разные щели в стене одновременно. Откуда мы это знаем?

В квантовой физике каждое состояние частицы также является волной. Но когда мы посылаем поток фотонов – один за другим – через щели, это создает картину из двух волн, интерферирующих друг с другом на экране за щелью.

Поскольку у каждого фотона не было других фотонов, с которыми можно было бы интерферировать, когда он проходил через щели, это означает, что он должен был одновременно проходить через обе щели – интерферируя сам с собой (изображение ниже).

Однако для того, чтобы это сработало, состояния (волны) в суперпозиции частицы, проходящей через обе щели, должны быть “когерентными” – иметь четко определенную взаимосвязь друг с другом.

Эти эксперименты с суперпозицией можно проводить с объектами постоянно увеличивающегося размера и сложности.

Один известный эксперимент Антона Цайлингера в 1999 году продемонстрировал квантовую суперпозицию с большими молекулами углерода-60, известными как “бакиболы”.

Так что же это значит для нашей бедной кошки? Действительно ли он одновременно и живой, и мертвый, пока мы не откроем коробку?

Очевидно, что кошка – это не что иное, как отдельный фотон в контролируемой лабораторной среде, она намного больше и сложнее.

Любая согласованность, которую могут иметь друг с другом триллионы и триллионы атомов, составляющих кошку, чрезвычайно недолговечна.

Это не означает, что квантовая когерентность невозможна в биологических системах, просто она обычно неприменима к крупным существам, таким как кошки или человек.

2. Простые аналогии могут объяснить запутанность

Запутанность – это квантовое свойство, которое связывает две разные частицы так, что если вы измеряете одну, вы автоматически и мгновенно узнаете состояние другой – независимо от того, как далеко они находятся друг от друга.

Распространенные объяснения этого обычно включают повседневные предметы из нашего классического макроскопического мира, такие как игральные кости, карты или даже пары носков странного цвета.

Например, представьте, что вы говорите своему другу, что положили синюю карточку в один конверт, а оранжевую – в другой. Если ваш друг заберет и откроет один из конвертов и найдет синюю карточку, они будут знать, что у вас есть оранжевая карточка.

Но чтобы понять квантовую механику, вы должны представить, что две карточки внутри конвертов находятся в совместной суперпозиции, что означает, что они одновременно оранжевые и синие (в частности, оранжево-синий и сине-оранжевый).

При вскрытии одного конверта обнаруживается один цвет, определенный случайным образом. Но при открытии второй карты все равно всегда обнаруживается противоположный цвет, потому что он “жутко” связан с первой карточкой.

Можно было бы заставить карты отображаться в другом наборе цветов, сродни выполнению другого типа измерений. Мы могли бы открыть конверт, задав вопрос: “У вас зеленая или красная карточка?”.

Ответ снова был бы случайным: зеленый или красный. Но что очень важно, если бы карты были перепутаны, другая карта все равно всегда давала бы противоположный результат при задании того же вопроса.

Альберт Эйнштейн попытался объяснить это классической интуицией, предположив, что карточки могли быть снабжены скрытым внутренним набором инструкций, который указывал им, в каком цвете они должны появиться при задании определенного вопроса.

Он также отверг очевидное “жуткое” действие между картами, которое, по-видимому, позволяет им мгновенно влиять друг на друга, что означало бы общение быстрее скорости света, что запрещено теориями Эйнштейна.

Однако объяснение Эйнштейна впоследствии было опровергнуто теоремой Белла (теоретический тест, созданный физиком Джоном Стюартом Беллом) и экспериментами нобелевских лауреатов 2022 года. Идея о том, что измерение одной запутанной карты изменяет состояние другой, неверна.

Квантовые частицы просто таинственным образом взаимосвязаны способами, которые мы не можем описать с помощью обычной логики или языка – они не общаются, но в то же время содержат скрытый код, как думал Эйнштейн.

Так что забудьте о повседневных предметах, когда вы думаете о запутанности.

3. Природа нереальна и “нелокальна”

Часто говорят, что теорема Белла доказывает, что природа не является “локальной”, что на объект не просто напрямую влияет его непосредственное окружение. Другая распространенная интерпретация заключается в том, что она подразумевает, что свойства квантовых объектов не являются “реальными”, что они не существуют до измерения.

Но теорема Белла позволяет нам сказать, что квантовая физика означает, что природа не является одновременно реальной и локальной, только если мы одновременно предполагаем несколько других вещей.

Эти предположения включают идею о том, что измерения имеют только один результат (а не несколько, возможно, в параллельных мирах), что причина и следствие текут вперед во времени и что мы не живем в “заводной вселенной”, в которой все было предопределено с незапамятных времен.

Несмотря на теорему Белла, природа вполне может быть реальной и локальной, если вы допустили нарушение некоторых других вещей, которые мы считаем здравым смыслом, таких как движение времени вперед. И, как мы надеемся, дальнейшие исследования позволят сузить круг потенциальных интерпретаций квантовой механики.

Однако большинство рассматриваемых вариантов – например, течение времени вспять или отсутствие свободы воли – по меньшей мере столь же абсурдны, как и отказ от концепции локальной реальности.

4. Никто не понимает квантовую механику

Классическая цитата (приписываемая физику Ричарду Фейнману, но в этой форме также перефразирующая Нильса Бора) предполагает: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы ее не понимаете».

Эта точка зрения широко распространена в обществе. Квантовую физику якобы невозможно понять, в том числе и физикам. Но с точки зрения 21-го века квантовая физика не является ни математически, ни концептуально особенно сложной для ученых.

Мы понимаем это чрезвычайно хорошо, до такой степени, что можем предсказывать квантовые явления с высокой точностью, моделировать очень сложные квантовые системы и даже начали создавать квантовые компьютеры.

Суперпозиция и запутанность, если их объяснить на языке квантовой информации, требуют не больше, чем математика средней школы. Теорема Белла вообще не требует никакой квантовой физики. Его можно вывести в нескольких строках, используя теорию вероятностей и линейную алгебру.

Возможно, истинная трудность заключается в том, как согласовать квантовую физику с нашей интуитивной реальностью. Отсутствие ответов на все вопросы не помешает нам добиться дальнейшего прогресса в области квантовых технологий. Мы можем просто заткнуться и посчитать.

К счастью для человечества, нобелевские лауреаты Аспект, Клаузер и Цайлингер отказались заткнуться и продолжали спрашивать, почему. Другие, подобные им, могут однажды помочь примирить квантовую странность с нашим восприятием реальности.

Источник новости Theconversation

Просмотров: 2

Поделитесь новостью
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Предыдущий пост Грузовой Космический Корабль Сломался по Пути к Космической Станции
Следующий пост Ученые Предложили Способ Улучшить Слух Человека в Шумных Ситуациях
Close
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x