предыдущая глава http://proza.ru/2024/11/02/708
ПАРАДОКС ЭПР
Здравствуйте! Я все тот же Ученый Кот Василий. Помните, как у Александра Сергеевича?
«…и кот учёный свои мне сказки говорил…»
Так вот, это обо мне. Сейчас я обитаю в дачном поселке. И когда солнце не сильно припекает лежу на солнышке или в тенечке. Мысли приходят разные, поскольку я ученый кот то мысли в основном об устройстве окружающего мира. Когда-то давным-давно я повстречался с великим ученым Эйнштейном. Мы с ним долго беседовали. Но и сейчас с трудом понимаю и не очень верю в парадокс ЭПР. То, о чем мы поговорим далее далеко не сказки.
Что это спросите вы?
Парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена (ЭПР) является ключевым элементом в области квантовой физики, освещая явление, известное как квантовая запутанность. Давайте немного пофантазируем и представим мысленно ряд экспериментов.
Начнем с квантовой физики. Представьте себе две пустые кастрюли. По законам нам привычной физики если положить в одну кастрюлю вкусную куриную ножку, то она должна находиться только там. Вторая кастрюля останется пустой. Это классическая физика Ньютона, с которой мы имеем дело каждый день.
Но если вместо куриной ножки взять маленький электрон, всё становится странным. По законам квантовой физики электрон будет находиться в обеих кастрюлях одновременно! Это можно объяснить так: «Представьте, что вы одновременно и в поле охотитесь на мышей и дома на диване. Для нас это невозможно, а для электрона — обычное дело». Квантовые частицы существуют в так называемой суперпозиции — они могут находиться в нескольких состояниях или нескольких местах одновременно. Как будто параллельно проживают несколько жизней!
Мой друг ученый физик Шредингер был не согласен с тем, как некоторые физики интерпретировали квантовую механику. Главный вопрос, который его волновал: где проходит граница между квантовым миром (где частицы могут быть в нескольких местах одновременно) и нашим обычным миром (где предметы находятся только в одном месте)?
Представьте себе такую ситуацию: я кладу ученую книгу на стол и выхожу из комнаты. По-вашему, книга просто лежит там, где я его оставил, верно? А вот некоторые интерпретации квантовой механики того времени как бы утверждали, что, пока никто не смотрит, книга находится во всех возможных положениях одновременно, может быть даже в другой комнате! Шредингер своим мысленным экспериментом хотел показать, насколько абсурдной становится эта логика, если её применить к крупным объектам.
И хотя ученый физик Шредингер мой друг, но я его убеждал что нельзя использовать котов в его экспериментах, это негуманно. Он не послушался и предложил провести мысленный эксперимент.
Представьте стальной ящик, в который помещают кота. Кроме кота там находится небольшое количество радиоактивного вещества, счётчик Гейгера и механизм со стеклянной ампулой ядовитого газа. Если в течение часа произойдёт распад хотя бы одного атома радиоактивного вещества (а вероятность этого составляет 0,5), счётчик его зафиксирует, запустит механизм, который разобьёт ампулу, и кот погибнет. Если распада не произойдёт, кот останется жив.
Когда я рассказываю об этом эксперименте своим знакомым котам, они спрашивают: «И что тут такого особенного?» А особенное вот что: по законам квантовой механики пока ящик закрыт, и никто не видит, что происходит внутри - радиоактивное вещество находится одновременно в двух состояниях — распавшемся и нераспавшемся. А значит, и кот должен находиться одновременно в двух состояниях — живом и мёртвом! И только когда мы открываем ящик и смотрим внутрь, система «решает», какое из состояний выбрать.
Однажды в вечерней беседе я попытался объяснить этот принцип другу соседскому коту: «Представь, что ты не можешь решить, что съесть — котлету или колбасу. Но что-то одно. По квантовой логике, пока ты не посмотрел в холодильник, ты «съел» обе порции одновременно. И только когда ты открываешь холодильник вселенная решает, что из двух порций ты сегодня съешь». Кот посмотрел на меня как на сумасшедшего, и именно такую реакцию хотел вызвать Шредингер у своих коллег-физиков!
Суть парадокса в том, что кот — это макрообъект, состоящий из триллионов атомов. Он не может подчиняться законам квантового мира. Кот совершенно точно либо жив, либо мёртв, независимо от того, смотрим мы на него или нет. Именно на это противоречие и хотел указать Шредингер.
Но все-же что такое ЭПР - парадокс и квантовая запутанность?
Запутанными называются частицы, свойства которых связаны между собой, то есть между частицами сохраняется взаимозависимость. Например, если взять две такие запутанные элементарные частицы, то измерение одной мгновенно повлияет на другую, на каком бы расстоянии друг от друга они не находились. К примеру, есть такое понятие как «спин» – собственный момент импульса элементарных частиц.
Представьте, что электрон вращается вокруг собственной оси как волчок. Спин — это вектор который направлен вверх если электрон вращается против часовой стрелки (положительный) и вниз если вращается по часовой стрелке (отрицательный).
Так вот, если мы измерим одну из запутанных частиц и увидим, что спин у нее положительный, то, даже не измеряя вторую, мы можем сказать, что спин у этой второй частицы будет отрицательный. Если приводить грубую аналогию с привычным для нас макромиром, то можно представить себе два ничем не связанных колеса: если бы эти колеса были связаны так же, как и запутанные частицы, то если я начну крутить одно из них по часовой стрелке, то другое моментально, само по себе, начнет вращаться против. Аналогия грубая и неправдоподобная, зато наглядная и принцип действия тот же. Такое явление в физике называется «квантовой запутанностью» (от англ. «entanglement»). Иногда ее еще называют «квантовой нелокальностью», что одно и то же.
Это явление, известное как квантовая запутанность, бросает вызов классическим представлениям о пространстве и времени. Оно подразумевает, что информация о состоянии одной частицы мгновенно передается на другую, даже если они находятся на значительном расстоянии друг от друга. Этот эффект был впервые описан в уравнениях квантовой механики, но его странные последствия были подтверждены экспериментально лишь в XX веке.
Это противоречило бы принципам специальной теории относительности, согласно которой информация не может передаваться быстрее света. С тех пор многочисленные эксперименты, в частности, проведенные с использованием поляризованных фотонов и других квантовых систем, подтвердили предсказания квантовой механики и показали, что запутанные состояния действительно ведут себя так, как предсказывается теорией. ЭПР-парадокс продолжает вызывать философские дискуссии о природе реальности, наблюдателя и о том, что именно мы можем знать о квантовом мире. Квантовая запутанность, ранее считавшаяся загадкой, теперь активно используется в современных технологиях, таких как квантовые локаторы, квантовая связь и квантовые сети, что подчеркивает её практическую ценность наряду с теоретической.
Тут между нами учеными котами скажу, что парадокс ЭПР поднимает важные философские и физические вопросы, касающиеся природы квантовой механики. Он заставляет нас задуматься о том, что значит «реальность» в контексте квантового мира. Если две частицы действительно связаны таким образом, что состояние одной мгновенно влияет на другую, даже на больших расстояниях, то возникает вопрос о том, как информация передается между ними. Эйнштейн сам называл это явление «ужасным действием на расстоянии», подчеркивая, что такая связь ставит под сомнение целостность теории относительности. В ответ на эти парадоксы современные физики начали развивать новые концепции, такие как квантовая запутанность и квантовая информация. Парадокс ЭПР не только бросает вызов нашим представлениям о реальности, но и стимулирует дальнейшие исследования в области физики, философии и технологий, подчеркивая важность глубокого понимания квантовых явлений в современном научном дискурсе среди ученых котов.
Эйнштейн, один из создателей данного парадокса, применял его для иллюстрации своей точки зрения на неполноту квантовой механики. Он высказывал предположение, что мгновенные взаимодействия на расстоянии противоречат принципу локальности, который утверждает, что объекты могут оказывать влияние друг на друга исключительно через непосредственное взаимодействие. Однако опыты ученых котов в Китае показали, что информация о состоянии запутанных частиц передается со скоростью более чем в 100 раз быстрее скорости света. Это ломает устои теории относительности. Ну вот, опять физики все запутали.
После трудных размышлений решил подкрепится. В соседнем дачном участке часто бегают неучёные мыши…
Так что пока, до новых встреч.
Изображение сгенерировано нейросетью.