Статистический квантовый коммуникатор для нелокальной передачи данных на эффектах несохранения четности
Левичев Д.Ю.
выпускник Радиофизического факультета ГГУ им. Н.И. Лобачевского 1984г.
Аннотация:
Данная статья содержит краткий критический анализ теорий о невозможности сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных и показывает их несостоятельность или неполноту. В статье предлагается теоретическое обоснование случаев, когда нелокальная передача данных и сверхсветовая коммуникация становятся возможными, а также предлагается ряд технических решений для создания сверхсветового коммуникатора, работающего на эффектах несохранения четности.
PACS: 03.65.Уд
ВВЕДЕНИЕ
В тех случаях, когда из условий излучения или взаимодействия пары, или большей системы частиц, возможно определить квантовое состояние и соответствующее ему физическое свойство (например: спин, поляризация, импульс, координата или иное свойство) только в целом для всей этой системы частиц, а такое же физическое свойство и соответствующее ему квантовое состояние каждой из этих частиц в отдельности не может быть определено и описано независимо от других частиц этой системы и, таким образом, является индивидуально неопределяемым, говорят, что такие частицы, также как и соответствующее физическое свойство этих частиц, находятся в запутанном квантовом состоянии. А само соответствующее физическое свойство этих частиц также называется квантово запутанным физическим свойством.
В случае, когда у одной из двух частиц, находящихся в запутанном квантовом состоянии, производится измерение квантово запутанного физического свойства, а точнее производится взаимодействие, приводящее к появлению у этой частицы определенного значения этого ранее квантово запутанного физического свойства, которое в состояния квантовой запутанности было для этих частиц индивидуально неопределяемым, происходит коллапс этого запутанного квантового состояния и соответствующей ему компоненты волновой функции. При этом, на каком бы огромном расстоянии не находились эти частицы, измеряемое физическое свойство мгновенно и одновременно принимает полностью индивидуально определенное значение, как для частицы, над которой произведено соответствующее измерение, так и для другой частицы этой системы, не подвергшейся измерению, которая до этого момента находилась в запутанном квантовом состоянии с частицей, подвергшейся измерению. Причем эти значения являются взаимозависимыми. Такие мгновенность и одновременность согласно представлениям квантовой физики имеют место в любой движущейся системе отсчета, что противоречит специальной теории относительности и ее выводам об относительности одновременности. Этот факт является одной из сторон парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена и был назван Эйнштейном «жутким дальнодействием». Подобного рода дальнодействие было названо нелокальностью состояния квантовой запутанности. А частицы, находящиеся в состоянии квантовой запутанности, также называют нелокально связанными.
В приведенном выше описании две частицы, находящиеся в запутанном квантовом состоянии, могут быть заменены двумя состоящими из частиц системами, находящимися друг с другом в запутанном квантовом состоянии по какому-либо физическому свойству.
Несмотря на существующую в теории, проверенную многочисленными экспериментами, и признаваемую научным сообществом нелокальную корреляцию измеренного у одной частицы и определяемого у второй частицы значений физического свойства, находившегося до этого измерения в состоянии квантовой запутанности для этих частиц, подавляющее большинство исследователей считает, что использование этого явления для сверхсветовой передачи информации является принципиально невозможным.
1. К ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ КРИТИКЕ СВЕРХСВЕТОВОЙ КОММУНИКАЦИИ
В обоснование выводов о невозможности сверхсветовой коммуникации чаще всего приводятся довольно расплывчатые рассуждения о том, подобная сверхсветовая коммуникация нарушала бы принцип причинности. Однако я не вижу здесь обязательного нарушения принципа причинности в более общей его формулировке, которая утверждает, что скорость любого взаимодействия конечна, не указывая при этом значения предельной скорости взаимодействия. Не нарушает указанная гипотеза о сверхсветовой коммуникации принципа причинности и в самой общей его формулировке, утверждающей, что совместное поведение и любые закономерности в совместном поведении взаимодействующих локально разделенных объектов вызваны наличием причинно-следственных связей между этими объектами, проявляющихся при локальных воздействиях на любой из них. В случае с объектами, находящимися в состоянии квантовой запутанности, их совместное поведение, в том числе и протекающий с определенными последствиями коллапс этого состояния квантовой запутанности, вызвано локальными воздействиями на один из этих объектов. То есть такой коллапс, существенный для всех этих объектов, в любом случае имеет причины и следствия. Никто не рассуждает, например, о нарушении принципа причинности при любых квантовых взаимодействиях, имеющих дело с молекулярными, атомными и субатомными размерами. Хотя с точки зрения квантовых представлений многие из таких взаимодействий происходят столь же мгновенно и нелокально, но, очевидно, вызваны определенными локальными воздействиями на один из нелокально связанных объектов, т.е. также имеют вполне определенные причины и следствия. Само существование волновой функции, говорит о том, что случайный «выбор» этим полем одного из возможных значений координаты или иного физического свойства частицей при коллапсе этой волновой функции происходит мгновенно и нелокально, и зачастую на расстояниях и объемах сопоставимых с размером Вселенной. И снова: никто не усматривает в этом нарушение принципа причинности.
Обычно исследователи признают факт вышеуказанной нелокальной корреляции между объектами, находящимися в состоянии квантовой запутанности, но нелогично отрицают наличие причинно-следственных связей между этими объектами при коллапсе состояния квантовой запутанности, наступившего в результате воздействия только на один из этих объектов. Дело здесь в том, что само признание вышеуказанной нелокальной корреляции, в случае признания наличия причинно-следственных связей между квантово запутанными объектами, по существу уже означает признание нарушения принципа причинности в его узкой формулировке, утверждающей, что скорость света в вакууме, является предельно допустимой максимальной скоростью любого взаимодействия. Поэтому, на мой взгляд, такое утверждение о невозможности сверхсветовой коммуникации, основанное на отрицании существования причинно-следственных связей между квантово запутанными объектами, является лишь последней отчаянной попыткой исследователей «спасти» принцип причинности в его привычной узкой формулировке.
Дело еще и в том, что, как я уже указал выше, согласно представлениям квантовой физики, в случае коллапса запутанного квантового состояния первой и второй частицы, ранее квантово запутанное физическое свойство одновременно приобретает определенное значение как для первой частицы, взаимодействие которой с внешней материей вызвало этот коллапс, так и для второй частицы. Причем такая одновременность имеет место в любой движущейся системе отсчета, в том числе в системе отсчета связанной с первой частицей, и в системе отсчета связанной со второй частицей, которая может двигаться относительно первой частицы с любыми, даже с субсветовыми и световыми скоростями. Однако согласно представлениям специальной теории относительности это невозможно из-за относительности одновременности. Налицо мы уже имеем явное противоречие между выводами квантовой физики и выводами специальной теории относительности даже при признании вышеуказанной нелокальной корреляции. И введение термина «нелокальность» нас от этого противоречия не спасает. Выход возможно в том, что согласно общей теории относительности преобразования Лоренца заведомо верны лишь локально. Однако и среди самих решений общей теории относительности наблюдаются так называемые «петли времени», то есть прямые нарушения принципа причинности, позволяющие, например, сигналы в прошлое. На мой взгляд, они наблюдаются и среди решений специальной теории относительности, но данный вопрос считается дискуссионным и выходит за рамки настоящей статьи. Известно, что общая теория относительности, является частным случаем теории глобального времени, при условии выполнения постулата равенства нулю плотности собственной энергии пространства. Данный постулат был введен Эйнштейном искусственно, лишь для удобства решения системы уравнений для метрики пространства-времени (метрики Минковского). В рамках теории глобального времени для всех систем отсчета, привязанных к свободно падающим в гравитационном поле материальным точкам (лабораториям), их собственное время является единым и неодновременность отсутствует. Поэтому вопрос о неодновременности, так же как и вопрос о синхронизации часов, для инерциальных систем отсчета в реальном пространстве Вселенной должен быть подвергнут ревизии. В связи с этим необходимо заметить следующее: Если новый предлагаемый в настоящей статье вид эксперимента подтвердит, что скорость света в вакууме не является максимально возможной скоростью любого взаимодействия, то специальную теорию относительности и вероятно общую теорию относительности, и возможно теорию глобального времени необходимо будет значительно скорректировать.
Иногда некоторые исследователи прямо или косвенно рассуждают о том, что в случае коллапса составляющей волновой функции, относящейся к состоянию квантовой запутанности, мы по существу оказываем одновременное и нелокальное воздействие на обе частицы, находящиеся в состоянии квантовой запутанности, даже если эти частицы находятся на разных концах Вселенной. В этой связи опять необходимо обратить внимание на относительность одновременности, имеющую место для движущихся друг относительно друга систем отсчета. Кроме того, на такую трактовку следует возразить, что когда составляющая волновой функции коллапсирует в результате локального воздействия только на первую из двух таких частиц, то условия срабатывания коллапса зависят от всех состояний и всех взаимодействий только этой первой частицы. При этом для второй из этих частиц условия протекания такого коллапса зависят исключительно только от самого факта нахождения в состоянии квантовой запутанности с первой частицей и абсолютно не зависят от локальных состояний и взаимодействий второй частицы. Таким образом, вопреки указанной трактовке, причиной коллапса соответствующей составляющей волновой функции, отвечающей за состояние квантовой запутанности, остается исключительно постороннее локальное взаимодействие только на первую частицу, а следствием является коллапс соответствующей составляющей волновой функции для обеих частиц. То есть для совместного поведения этих частиц происходит обязательное нарушение принципа причинности в самой узкой его трактовке, утверждающей, что скорость взаимодействия не может превышать скорость света в вакууме. Но указанное совместное поведение этих частиц при коллапсе соответствующей составляющей волновой функции, отвечающей за состояние их квантовой запутанности, очевидно, обуславливается причинно-следственными связями, существующими между этими частицами, то есть принцип причинности, безусловно, соблюдается в его самой широкой трактовке.
Многие исследователи ссылаются еще и на «неравенства Белла» в обоснование отсутствия причинно-следственных связей между объектами, находящимися в состоянии квантовой запутанности, при коллапсе этого состояния квантовой запутанности, наступившего в результате воздействия только на один из этих объектов. Нетрудно показать, что вопреки распространенному мнению, экспериментальная проверка неравенств Белла демонстрирует нам лишь тот факт, что до коллапса состояния квантовой запутанности двух частиц не могут возникать дополнительные параметры (скрытые переменные), которые определяли бы корреляцию значений ранее квантово запутанного физического свойства для этих частиц после такого коллапса. Однако, и это всегда упускалось из вида этими исследователями, неравенства Белла не распространяются на ситуацию, когда некие дополнительные параметры возникают в процессе или сразу после коллапса состояния квантовой запутанности, а именно сразу после измерения (внешнего взаимодействия) произведенного над первой частицей, в результате которого произошел этот коллапс, и когда первая частица «уже» приобрела определенное значение физического свойства, которое до этого находилось в состоянии квантовой запутанности, а вторая «еще» нет. Эти дополнительные параметры, которые далее мы будем называть «вторичные параметры», математически говорят нам только о следующем: После коллапса состояния квантовой запутанности двух частиц, вызванного измерением (взаимодействием) произведенным над первой частицей, ранее квантово запутанное физическое свойство приобретает у второй частицы то же или противоположное значение к значению этого свойства появившегося у первой частицы в результате этого коллапса. А это и так уже предусмотрено существующим квантово-механическим описанием результата такого коллапса и учитывается как данность в квантово-механических коэффициентах корреляции, использованных в неравенствах Белла. В этом случае такие вторичные параметры никак не устраняют и не отменяют предсказаний квантовой механики, и мы приходим к тем же самым коэффициентам корреляции, которые дает нам квантово-механическое описание в формулах Белла. При этом математически несущественна скорость, с которой вторая частица «вслед» за первой приобретает определенное значение ранее квантово запутанного физического свойства. Такая скорость может быть как конечной, так и бесконечной. Бесконечность этой скорости никоим образом не может отменить принцип причинности в его самой общей формулировке. По-существу математический вид квантово-механических коэффициентов корреляции, используемых в неравенствах Белла, опирается на два явления: Во-первых, на то, что после коллапса состояния квантовой запутанности двух частиц, вызванного измерением (взаимодействием) произведенным над первой частицей, измеряемое физическое свойство приобретает у второй частицы то же (например, для поляризаций) или противоположное (например, для спинов фермионов) значение к значению этого свойства появившегося у первой частицы в результате этого коллапса; Во-вторых, на то, что любое разовое измерение как определенного физического свойства частицы, так и квантово запутанного свойства, является принципиально нелокальным явлением и приводит к совершенно непредсказуемому случайному результату (речь не идет о статистических закономерностях) в случаях, когда ориентация измерительной аппаратуры не совпадает с ориентацией этого определенного свойства у измеряемой частицы.
В этой связи интересен следующий факт: Положим, что в экспериментах по проверке неравенств Белла вслед за первым поляризатором, определившем поляризацию первого фотона, что привело к коллапсу запутанного квантового состояния первого и второго фотонов, далее по пути следования первого фотона расположен второй поляризатор, ориентация которого совпадает с ориентацией поляризатора для регистрации второго фотона. Тогда для коэффициентов корреляций для поляризаций первого фотона, измеряемых после второго поляризатора, мы получим математически и экспериментально те же самые их значения, что и при измерении аналогичных коэффициентов корреляции для поляризаций второго фотона, когда они измеряются после прохождения первого поляризатора первым фотоном. То есть в итоге получим, что результат этих измерений для первого фотона, последовательно прошедшего через два поляризатора описывается теми же самыми неравенствам Белла, что и для второго фотона, прошедшего через поляризатор ориентированный так же, как и второй поляризатор для первого фотона. В обоих случаях коэффициенты корреляции определяются по отношению к значениям поляризации первого фотона на выходе из первого поляризатора.
Совершенно очевидно, что неравенства Белла описывают любое такое двойное измерение поляризации или спина, или иного аналогичного физического свойства для любого статистически значимого (достаточно большого) ансамбля частиц как с изначально равномерным, так и с неравномерным распределением измеряемого физического свойства относительно ориентации измерительной аппаратуры, даже если эта частицы не находились в состоянии квантовой запутанности с другими частицами.
В этой связи считаю необходимым отметить, что непреходящая научная значимость неравенств Белла заключается, на мой взгляд, в первую очередь именно в такой очень наглядной демонстрации принципиальной нелокальности самого процесса измерения любого квантового свойства, в демонстрации того, что любое квантовое свойство в этом смысле является принципиально нелокальным. То есть неравенства Белла необычайно наглядно демонстрируют нам, что именно процесс измерения любого квантового свойства является по самой своей квантовой природе случайным и не может быть описан никакими дополнительными параметрами (скрытыми переменными). Процесс измерения в этом рассуждении понимается в широком смысле, как появление у частицы определенного значения физического свойства в результате коллапса соответствующей компоненты волновой функции, существовавшей до участия частицы в соответствующем локальном корпускулярном взаимодействии.
Полагаю, что давно уже следует признать, что для нелокально связанных объектов – объектов, находящихся в состоянии квантовой запутанности, принцип причинности для квантово запутанного физического свойства работает иначе, чем в большинстве других взаимодействий, и не связан с предельной скоростью передачи взаимодействия. Или, по крайней мере, скорость света в вакууме не является такой предельной скоростью.
Что же касается «теоремы о запрете клонирования», на которую иногда ссылаются в обоснование невозможности сверхсветовой коммуникации на эффектах коллапса волновой функции системы частиц, находящихся в запутанном квантовом состоянии, то здесь необходимо обратить внимание на следующие обстоятельства: Во-первых, для соответствующих состояний отдельных частиц, входящих в такую систему и находящихся в запутанном квантовом состоянии, объективно определено только то, что они заведомо ортогональны или совпадают в рассматриваемых пространствах состояний. Поэтому ни процесс квантового запутывания, ни процесс коллапса компоненты волновой функции, соответствующей запутанному квантовому состоянию частиц, не имеют отношения к клонированию волновой функции, описываемому «теоремой о запрете клонирования». Во-вторых, процесс измерения (внешнего взаимодействия), приводящего к коллапсу запутанного квантового состояния, не может быть описан действием унитарного преобразования, применяемого в «теореме о запрете клонирования». Дело в том, что реальный процесс измерения (внешнего взаимодействия) в общем случае не сохраняет, да и не может идеально сохранять замкнутость квантовой системы. Кроме того этот процесс сопряжен не только с неизбежным изменением измеряемого квантового состояния, но и с неизбежным изменением квантового состояния квантовой части измерительной аппаратуры. То есть он в принципе не может быть описан «теоремой о запрете клонирования».
Некоторые исследователи при обосновании невозможности сверхсветовой коммуникации ссылаются на сам вид математических формул, описывающих запутанные квантовые состояния. Так, например, для двух частиц, спины которых находятся в состоянии квантовой запутанности, синглетные состояния квантовой запутанности (S в степени 2 =0) (exp(2*ln(S)=0) описываются следующей формулой для соответствующей компоненты волновой функции: f0=(1/(корень квадратный из 2))[u+(1)*u–(2) - u–(1)*u+(2)], а триплетные состояния квантовой запутанности (S в степени 2 =2*(ћ в степени 2) или (exp(2*ln(S)=2exp(2*ln(ћ)) описываются формулой f1=(1/(корень квадратный из 2))[u+(1)*u–(2)+u–(1)*u+(2)]. Где u+ и u– – спиновые волновые функции для, находящихся в состоянии квантовой запутанности по спинам, частицы 1 и частицы 2, представляющие по отдельности соответственно проекцию спина ћ/2 и –ћ/2. Из этого вида волновых функций запутанного квантового состояния делается необоснованный вывод, что и после коллапса состояния квантовой запутанности таких частиц, мы в любом случае с вероятностью 1/2 будем иметь либо состояние u+(1)*u–(2), либо состояние u–(1)*u+(2), являющиеся независимыми равновероятными состояниями соответственно либо с u+(1) и u–(2), либо с u–(1) и u+(2), что делает абсолютно невозможной нелокальную передачу данных. Полагаю, что необоснованность и исключительная гипотетичность такого вывода очевидна, поскольку всякое измерение в той или иной степени неизбежно меняет вид волновой функции до ее коллапса. И хотя ранее исследованные процессы коллапса запутанного квантового состояния обнаруживали вышеуказанную симметрию и одинаковую вероятность вышеуказанных состояний определившихся в результате такого коллапса, этот факт не доказывает, что этой же закономерности подчиняется любой коллапс запутанного квантового состояния. Тем более что вопрос об исследовании такого коллапса в несимметричных условиях, например, в условиях несохранения четности при взаимодействии (измерении), вызывающем коллапс состояния квантовой запутанности, до сих пор даже не ставился.
2. ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Тем ни менее, все произведенные до настоящего времени эксперименты по изучению коллапса запутанных квантовых состояний до сих пор показывали соблюдение следующей закономерности, имеющей большое значение для исследуемой темы:
Пусть до проведения измерений частица «А» и частица «В» находятся в состоянии квантовой запутанности по некоторому физическому свойству.
Для производства измерений этого физического свойства у частицы «В» выбирается любая произвольная ориентацию аппаратуры, которая сохраняется для всех последующих измерений. Тогда независимо от того, какая ориентация аппаратуры для производства каждого измерения выбирается нами для частицы «А», всегда выполняется следующая закономерность: Вероятность того, что в результате коллапса состояния квантовой запутанности, наступившего вследствие измерения у частицы «А» квантово запутанного физического свойства, у частицы «В» станет определенным некоторое данное значение «С» этого физического свойства, равна вероятности того, что в результате коллапса состояния квантовой запутанности, наступившего вследствие измерения у частицы «В» этого квантово запутанного физического свойства, у частицы «В» станет определенным то же самое значение «С» этого физического свойства. Далее данную закономерность будем называть закономерностью симметричности коллапса запутанного квантового состояния.
Для наиболее часто рассматриваемых случаев квантовой запутанности спинов двух частиц, или квантовой запутанности поляризаций двух фотонов, вышеуказанная закономерность упрощается до следующей: Вероятность появления у частицы «В» одного из двух возможных значений проекции спина, или соответственно одного из двух возможных значений поляризации, равна 1/2, как в случае, когда коллапс состояния квантовой запутанности, наступил вследствие измерения ранее квантово запутанного физического свойства у частицы «А», так и в случае, когда коллапс состояния квантовой запутанности, наступил вследствие измерения ранее квантово запутанного физического свойства у частицы «В».
Таким образом, все до сих пор произведенные эксперименты показывали, что на основании измерения у частицы «В» значения ранее (до первого измерения у частицы «А» или частицы «В») квантово запутанного физического свойства, невозможно установить следующий факт: было ли до этого измерения произведено измерение этого физического свойства у частицы «А», сопровождавшееся коллапсом запутанного квантового состояния для частиц «А» и «В». Следовательно, согласно данным этих ранее выполнявшихся экспериментов, невозможна передача информации, основанная на эффекте коллапса запутанного квантового состояния. Вопрос, однако, состоит в следующем: является ли обнаруживаемая закономерность фундаментальной, то есть как-то связанной с более общими физическими законами наподобие упомянутых «принципа причинности» или «теоремы о запрете клонирования», или же эта закономерность является следствием только каких-то общих для всех выполненных экспериментов условий проведения именно этой категории экспериментов? Одной из главных задач настоящей публикации является обоснование того, что правильным является именно второе предположение.
3. ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ
Первой из причин обнаруживаемой вышеуказанной закономерности симметричности коллапса запутанного квантового состояния является следующее обстоятельство: Процесс коллапса запутанного квантового состояния двух частиц статистически определяется только ориентацией внешнего взаимодействия (ориентацией аппаратуры измерения), вызвавшего этот коллапс. При этом статистические результаты таких коллапсов запутанного квантового состояния этих двух частиц в привязке к ориентации этого внешнего взаимодействия (в системе отсчета определяемой ориентацией этого внешнего взаимодействия) являются конгруэнтными для различных ориентаций внешнего взаимодействия.
Здесь и в дальнейшем измеряемые значения физического свойства, в том числе ранее квантово запутанного физического свойства мы определяем в системе отсчета одинаково направленной (связанной) с направлениями ориентации соответствующей измерительной аппаратуры (внешнего взаимодействия), с помощью которой измеряются эти значения. В случае вторичного (двойного) измерения такими направлениями считаются направления ориентации квантово ориентирующей части (например, поляризатора) аппаратуры для вторичного измерения, непосредственно после которой установлены датчики регистрации частицы.
Под ранее квантово запутанным физическим свойством мы здесь и далее понимаем измеряемое физическое свойство, которое было квантово запутанным до первого его измерения или взаимодействия, повлекшего коллапс соответствующего запутанного квантового состояния. Указанные события и их вероятности определяются по отношению к начальному состоянию, существовавшему до коллапса состояния квантовой запутанности.
Кроме того, здесь мы говорим о функции распределения именно по самим измеряемым значениям, то есть о простой функции распределения, аргументом которой являются непосредственно сами измеряемые значения физического свойства. В дальнейшем для краткости такую функцию распределения вероятностей будем иногда назвать распределением вероятностей измеряемого физического свойства или функцией распределения, или просто распределением. Математически в нашем дальнейшем рассмотрении функция распределения действительно может быть заменена математическим распределением. Однако, поскольку в физике чаще используется понятие функции распределения, чем математическое понятие распределения, мы далее для удобства читателей будем пользоваться понятием функция распределения вероятностей.
Указанная первая причина означает, что для каждой из квантово запутанных частиц сам процесс коллапса запутанного квантового состояния по результатам получаемой функции распределения вероятностей измеряемых значений ранее квантово запутанного физического свойства, является абсолютно одинаковым для следующих двух случаев: для случая, когда этот коллапс происходит в результате измерения квантово запутанного физического свойства у частицы «В»; и для случая, когда этот коллапс происходит в результате измерения квантово запутанного физического свойства у частицы «А».
Причем функции распределения вероятностей измеряемых значений ранее квантово запутанного физического свойства для частиц «А» и «В» оказываются тождественными и в результате вторичных измерений для частиц «А» и «В», когда для каждой из этих частиц является одинаковым угол (смещение) между ориентацией аппаратуры вторичных измерений и ориентацией аппаратуры первичных измерений.
Эта причина по существу является условием воспроизводимости статистических экспериментов по статистическому изучению коллапса запутанного квантового состояния при перемещении аппаратуры и измеряемых объектов в пространстве и времени. Это условие является простым следствием симметрии пространства, времени и внешнего взаимодействия (измерения), вызывающего коллапс запутанного квантового состояния, и многократно подтверждено экспериментально. Назовем эту причину – первым условием обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния. Математически эта причина выражается в описываемых условиях измерений, проиллюстрированных рисунком 1, следующим образом: РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное для любых а, в и г. Жирными стрелочками на рисунке 1 обозначена ориентация аппаратуры для первичного измерения – измерения вызывающего коллапс состояния квантовой запутанности частиц «А» и «В». Простыми сплошными стрелочками обозначена ориентация аппаратуры для вторичных измерений, выполняемых после того, как произошел коллапс состояния квантовой запутанности частиц «А» и «В». Пунктирными стрелочками в левой части рисунка, представляющей измерения, выполняемые над частицей «В», обозначена ориентация аппаратуры для измерений, выполняемых над частицей «А». Правая часть рисунка, обозначенная буквой А, представляет ориентацию аппаратуры для измерений, производимых над частицей «А». В формуле РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное использованы следующие обозначения: а – угол, обозначающий произвольно выбранную ориентацию аппаратуры для выполнения первичных измерений над частицей «А», на рисунке 1 эта ориентация обозначена жирной стрелкой в правой части рисунка; относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А» отсчитываются углы г и в; в – угол, на который ориентация аппаратуры для выполнения первичных измерений над частицей «В» смещена (повернута) относительно ориентации аппаратуры для выполнений первичных измерений над частицей «А» (смотрим рисунок 1); РАА(г;а) – функция распределения вероятностей измеряемых значений ранее квантово запутанного физического свойства для частицы «А» по этим значениям, измеряемым аппаратурой вторичного измерения для частицы «А», после того, как данное физическое свойство приняло определенное значение в результате коллапса запутанного квантового состояния, вызванного измерением этого физического свойства аппаратурой первичного измерения для частицы «А», при ориентации аппаратуры вторичного измерения для частицы «А» смещенной (повернутой) на заданный угол г, измеряемый относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А»; РВВ(г+в;а) – функция распределения вероятностей измеряемых значений ранее квантово запутанного физического свойства для частицы «В» по этим значениям, измеряемым аппаратурой вторичного измерения для частицы «В», после того, как данное физическое свойство приняло определенное значение в результате коллапса запутанного квантового состояния, вызванного измерением этого физического свойства аппаратурой первичного измерения для частицы «В», при ориентации аппаратуры вторичного измерения для частицы «В», смещенной (повернутой) на угол г+в, измеряемый относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А». В общем случае в трехмерном пространстве все углы являются двух-координатными. Углы, обозначаемые одинаковыми буквами, для всех распределений Р в равенствах, неравенствах и доказательствах являются равными. Символ «обычное» для распределения Р обозначает, что распределение измерено для случая соблюдения обсуждаемой закономерности в симметричных условиях, то есть когда нелокальная передача данных невозможна.
Сама формула РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное означает, что использованные в ней функции распределения вероятностей (или математические распределения) совпадают. То есть значения этих функций распределения вероятностей одинаковы (совпадают) при любых одинаковых для левой и правой части измеряемых значениях ранее квантово запутанного физического свойства. Именно поэтому мы здесь и далее, для краткости обозначений, и не помещаем внутрь скобок как аргумент само значение физического свойства, хотя и подразумеваем его как аргумент.
Второй из причин обнаруживаемой закономерности, является то обстоятельство, что, в условиях производившихся экспериментов для обеих частиц, по результатам получаемых функций распределения вероятностей измерения значений ранее квантово запутанного физического свойства по этим значениям, мы всегда имеем полную эквивалентность следующих двух процессов: Первым из этих процессов является процесс появления определенного значения физического свойства у частицы «В», вызванный коллапсом запутанного квантового состояния, произошедшим в результате измерения квантово запутанного физического свойства у частицы «А», с последующим измерением этого физического свойства у частицы «В». Вторым из этих процессов является процесс появления определенного значения физического свойства у частицы «А», вызванный коллапсом запутанного квантового состояния, произошедшим в результате измерения квантово запутанного физического свойства у частицы «А». То есть трансляция коллапса является неискажающей. Назовем эту причину – вторым условием обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния. Математически эта причина выражается в описываемых условиях измерений, проиллюстрированных рисунком 1, следующим образом: для любых для любых а, в и г РВА(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное. Здесь РВА(г+в;а)обычное – функция распределения вероятностей измерения значений ранее квантово запутанного физического свойства для частицы «В» по этим значениям, измеряемым аппаратурой вторичного измерения для частицы «В», после того, как данное физическое свойство приняло определенное значение в результате коллапса запутанного квантового состояния, вызванного измерением этого физического свойства аппаратурой первичного измерения для частицы «А». РАА(г;а) – функция распределения вероятностей измерения значений ранее квантово запутанного физического свойства для частицы «А» по этим значениям, измеряемым аппаратурой вторичного измерения для частицы «А», после того, как данное физическое свойство приняло определенное значение в результате коллапса запутанного квантового состояния, вызванного измерением этого физического свойства аппаратурой первичного измерения для частицы «А». Ориентация аппаратуры при этом проиллюстрирована рисунком 1 следующим образом: ориентация аппаратуры первичного измерения для частицы «В» является смещенной на угол в, измеряемый относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А»; ориентации аппаратуры вторичного измерения для частицы «А», является смещенной на угол г, измеряемый относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А»; ориентации аппаратуры вторичного измерения для частицы «В» является смещенной на угол г+в, измеряемый относительно ориентации аппаратуры первичного измерения для частицы «А».
Это второе условие обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния, которое мы в дальнейшем будем назвать также условием неискажающей трансляции коллапса запутанного квантового состояния, в произведенных экспериментах всегда соблюдалось. Оно является следствием одинакового типа пространственно-временной симметрии для обоих процессов измерений и одинакового типа пространственно-временной симметрии процесса коллапса запутанного квантового состояния для обеих частиц, когда этот коллапс вызван измерениями, производимыми над одной из этих частиц (в нашем рассмотрении над частицей «А»). Оно является следствием в частности следующего обстоятельства: Значение ранее квантово запутанного физического свойства у второй из двух ранее квантово запутанных частиц оказывается полностью определяемой следующими значениями: во-первых, значением этого ранее квантово запутанного физического свойства, определившейся у первой из этих частиц, в результате коллапса состояния квантовой запутанности этих частиц, вызванного взаимодействием первой из этих частиц с внешней материей; а во-вторых, в некоторых случаях (например, в случае квантово запутанных импульсов двух частиц) еще и значением этого физического свойства для системы этих частиц до вышеуказанного коллапса.
Тогда из соблюдения первого и второго условий обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния: РВА(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное (второе условие) и РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное (первое условие) следует, что РВА(г+в;а)обычное=РВВ(г+в;а)обычное, то есть, при указанных обычных симметричных условиях, оба распределения вероятностей для значений измеряемого физического свойства при вторичных измерениях, производимых над частицей «В», возникающие вследствие коллапса квантовой запутанности измеряемого свойства, оказываются одинаковыми для случая, когда коллапс вызван измерениями, производимыми над частицей «А», и для случая, когда коллапс вызван измерениями, производимыми над частицей «В». Таким образом, оказывается невозможной передача информации, основанная на эффекте коллапса запутанного квантового состояния. То есть при указанных обычных симметричных условиях сверхсветовой сигнал на этом эффекте невозможен.
Заметим, что обычно исследователями выполняется более простой анализ для частного случая с г=0. В этом случае, при г=0, РВВ(г+в;а)обычное=РВВ(в;а)обычное, РАА(г;а)обычное=РАА(0;а)обычное т.е. результат вторичного измерения для частиц «В» и «А» совпадает с результатом первичного измерения, и РВА(г+в;а)обычное=РВА(в;а)обычное, т.е. вторичное измерение для частицы «В» может производиться аппаратурой для первичного измерения. Тогда выполняется простое равенство РВА(в;а)обычное=РАА(0;а)обычное=РВВ(в;а)обычное, также говорящее о том, что в таких условиях сверхсветовой сигнал на этом эффекте невозможен. Однако только двойные измерения дают нам полное описание имеющих место пространственно-временной симметрии и нелокальности процесса измерения, как и в случае с неравенствами Белла, поэтому в общем случае в рассмотрение и доказательство следует включать двойные измерения.
Для наиболее часто рассматриваемых случаев квантовой запутанности спинов двух частиц, или квантовой запутанности поляризаций двух фотонов, вышеуказанное объяснение невозможности сверхсветовой нелокальной коммуникации в симметричных (обычных) условиях коллапса запутанного квантового состояния математически упрощается до следующего вида:
Вероятность р измерения у частицы «В» и у частицы «А» одного из двух возможных значений проекции спина на выделенное измерительной аппаратурой направление (значения «вверх» («+»), или значения «вниз» («–»)), или соответственно одного из двух возможных выделенных поляризатором направлений (значений) поляризации (значения «Х» («+»), или значения «У» («–»)), при измерениях в обычных симметричных условиях всегда равна 1/2, и не зависит от того взаимодействие какой из частиц «А» или «В» с внешней материей вызвало коллапс запутанного квантового состояния этих частиц.
Из этого утверждения сразу следует, что
р(+)ВА(г+в;а)обычная=р(+)ВВ(г+в;а)обычная=1/2 и
р(-)ВА(г+в;а)обычная=р(-)ВВ(г+в;а)обычная=1/2, что означает невозможность сверхсветовой нелокальной коммуникации.
Заметим также, что отсюда сразу же следует выполнение первого условия обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния, а именно: р(+)ВВ(г+в;а)обычная=р(+)АА(г;а)обычная=1/2 и
р(-)ВВ(г+в;а)обычная=р(-)АА(г;а)обычная=1/2.
Кроме того отсюда сразу же следует выполнение второго условия обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния, а именно: р(+)ВА(г+в;а)обычная=р(+)АА(г;а)обычная=1/2 и
р(-)ВА(г+в;а)обычная=р(-)АА(г;а)обычная=1/2.
Значки нижних индексов + и – при р обозначают каждый соответственно одно из двух возможных значений проекции спина на выделенное взаимодействующей с частицей измерительной аппаратурой направление (значение «вверх», или значение «вниз»), или соответственно одно из двух возможных значений поляризации (значение «Х», или значение «У»). Например, значок «+» обозначает значение проекции спина «вверх» или значение поляризации «Х», а значок «–» обозначает значение проекции спина «вниз» или значение поляризации «У».
Далее значки нижних индексов + и – при р, для краткости будем иногда опускать, полагая, что во всех формулах речь идет об одном и том же значении поляризации или проекции спина из двух возможных.
Тогда условие невозможности сверхсветовой связи в обычных (симметричных) условиях коллапса запутанного квантового состояния можно записать в виде следующего тождества: рВА(г+в;а)обычная=рВВ(г+в;а)обычная=1/2
Рис.1 находится в начале статьи в иллюстрациях
4. ТЕОРЕМА О ВОЗМОЖНОСТИ СВЕРХСВЕТОВОЙ КОММУНИКАЦИИ И
НЕЛОКАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Пусть для любых значений углов а, в и г, когда соответствующие распределением вероятностей измеряемого физического свойства РАА(г;а), РВВ(г+в;а) и РВА(г+в;а), определения которых даны в предыдущей главе, определяются условиями измерений, проиллюстрированными рисунком 1, выполняются следующие три постулата теоремы о возможности сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных:
Первый постулат теоремы: При измерении (внешнем взаимодействии), вызывающем коллапс запутанного квантового состояния, возможно существенным образом изменить (нарушить) условия пространственно-временной симметрии для коллапса запутанного квантового состояния физического свойства двух частиц так, что в этом случае существенным образом изменится РАА(г;а) и появится РАА(г;а)несимметричное, которое будет существенным образом отличаться от РАА(г;а)обычное. Запишем это утверждение в виде неравенства: РАА(г;а)несимметричное_не=РАА(г;а)обычное, или в виде следующей системы: РАА(г;а)несимметричное=РАА(г;а)обычное+D, где D_не=0.
Второй постулат теоремы: Для тех случаев (видов) измерения (внешнего взаимодействия), которые вызывают вышеуказанное нарушение пространственно-временной симметрии (например, вследствие несохранения четности) и приводят к появлению вышеуказанного в первом постулате РАА(г;а)несимметричное, появляется также РВА(г+в;а)несимметричное, для которого в общем случае выполняется следующее неравенство: РВА(г+в;а)несимметричное не=РВА(г+в;а)обычное.
Для РВА(г+в;а)несимметричное при этом также выполняются следующие условия:
либо РВА((г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное – условие аналогичное ранее указанному второму условию обычного коллапса запутанного квантового состояния, которое мы будем назвать неискажающей трансляцией коллапса;
либо изменение этих симметрий не компенсирует полностью эффект соответствующего изменения РАА(г;а), что мы будем назвать некомпенсирующей трансляцией коллапса, что математически выражается следующим образом: РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное+G, где G_не=0 и G_не=-D
Здесь D=РАА(г;а)несимметричное - РАА(г;а)обычное_не=0, что следует из первого постулата теоремы: РАА(г;а)несимметричное = РАА(г;а)обычное+D, где D_не=0.
Третий постулат теоремы: РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное, это условие совпадает с первой причиной обычного (симметричного) коллапса запутанного квантового состояния.
Требуется доказать, что: РВА(г+в;а)несимметричное_не=РВВ(г+в;а)обычное, поскольку это обстоятельство как раз и укажет нам на наличие факта нелокальной передачи информации, основанного на эффекте коллапса запутанного квантового состояния, то есть на наличие сверхсветового сигнала.
В принятых нами обозначениях доказательство этого факта подробно иллюстрируется следующей последовательностью неравенств:
Для случая соблюдения аналогии второго условия обычного коллапса запутанного квантового состояния: РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное (неискажающая трансляция коллапса), доказательство теоремы выглядит следующим образом:
РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное, – третий постулат теоремы;
РАА(г;а)несимметричное_не=РАА(г;а)обычное – первый постулат теоремы;
РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное – второй постулат теоремы – неискажающая трансляция коллапса,
тогда РВА(г+в;а)несимметричное_не=РАА(;;;)обычное,
тогда РВА(г+в;а)несимметричное_не=РВВ(г+в;а)обычное, что и требовалось доказать.
Для случая некомпенсирующей трансляция коллапса запутанного квантового состояния, когда соблюдется:
РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное+G, где G_не=0 и G_не=-;, доказательство теоремы выглядит следующим образом:
РВВ(г+в;а)обычное=РАА(г;а)обычное – третий постулат теоремы;
РАА(г;а)несимметричное=РАА(г;а)обычное+D, где D не=0 – первый постулат теоремы;
РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)несимметричное+G, где G_не=0 и G_не=-; – второй постулат теоремы – некомпенсирующая трансляция коллапса;
тогда РВА(г+в;а)несимметричное=РАА(г;а)обычное+(D+G), где D_не=0 и G_не=0 и G_не=-;,
тогда РВА(г+в;а)несимметричное_не=РВВ(г+в;а)обычное, что и требовалось доказать.
Теорема о возможности сверхсветовой коммуникации (нелокальной передачи информации) доказана.
Для наиболее часто рассматриваемых случаев квантовой запутанности спинов двух частиц или квантовой запутанности поляризаций двух фотонов условие возможности сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи информации математически упрощается до следующего вида: рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2. Здесь р – вероятность измерения у частицы «В» и у частицы «А» одного из двух возможных значений проекции спина (для фермионов) или поляризации для фотонов.
А первый постулат теоремы о возможности сверхсветовой коммуникации (нелокальной передачи информации) математически упрощается до следующего вида: рАА(г;а)несимметричная_не=1/2.
Отличие рВА(г+в;а)несимметричной от 1/2 как раз и укажет нам на наличие факта сверхсветового сигнала, основанного на эффекте коллапса запутанного квантового состояния в несимметричных условиях. В этом случае сверхсветовая связь оказывается возможной.)
5. ИДЕИ О ТЕХНИЧЕСКИХ ВОПЛОЩЕНИЯХ СТАТИСТИЧЕСКОГО КВАНТОВОГО КОММУНИКАТОРА
Предлагаемым способом существенного изменения (нарушения) пространственно-временной симметрии при коллапсе запутанного квантового состояния физического свойства является использование для частицы «А» (частицы передатчика) реакций, вызывающих такой коллапс запутанного квантового состояния, протекающих с нарушением Р- или СР-, или СРТ-четности. В таких случаях будет выполняться: РАА(г;а)несимметричное_не=РАА(г;а)обычное, что приведет к выполнению РВА(г+в;а)несимметричное_не=РВВ(г+в;а)обычное, в результате чего сверхсветовая коммуникация и нелокальная передача информации окажутся возможными.
В случае квантовой запутанности поляризаций двух фотонов, в качестве такого взаимодействия, протекающего с нарушением СР-четности (пространственно-зарядовой четности), может быть использовано рассеяние фотонов на мезонах, в частности К-мезонах и В-мезонах, распадающихся с нарушением СР-четности. Полагаю, что в данном случае, при определенных условиях, фотонами (предпочтительно фотонами высоких энергий), находящимися в запутанном квантовом состоянии, может быть индуцирован ускоренный распад К-мезонов и В-мезонов с отменой их «обычного» стабильного периода полураспада, что означает непосредственное вовлечение фотона в реакцию, протекающую с нарушением СР-четности. Полагаю, что подобное вовлечение рассеиваемого или поглощаемого (захватываемого) фотона в реакцию распада частиц мишени, протекающую с нарушением СР-четности, в определенных условиях, например при создании выделенного направления электрическим или магнитным полем, потребует наличия строго определенной поляризации или ограниченного диапазона поляризаций налетающего на мишень фотона передатчика. А это приведет к несимметричным условиям коллапса запутанного квантового состояния фотона передатчика и фотона приемника и создаст возможность нелокальной передачи информации.
При этом я полагаю, что первые успехи в этом направлении будут достигнуты при рассеянии фотонов высоких энергий на нейтральных мезонах, находящихся в состоянии мезон-мезонной осцилляции (непрямое нарушение СР-четности).
В случае квантовой запутанности спинов двух электронов или электрона и позитрона, в качестве такой реакции для частиц «А» (частиц передатчика), протекающей с нарушением Р-четности (пространственной четности), может быть использована реакция электронного захвата, являющаяся одной из разновидностей ядерных реакций бета-распада. Эта реакция в нашем случае заключается в захвате свободного электрона ядром атома с превращением одного из протонов ядра в нейтрон и излучением нейтрино. При этом за захват электрона отвечает u-кварк, превращающийся в результате этого захвата в d-кварк. Поскольку такая реакция сопровождается испусканием нейтрино, а в природе существует только лево-поляризованное (левовинтовое) нейтрино, то в силу необходимости соблюдения законов сохранения импульса, энергии и момента количества движения (момента импульса), такая реакция всегда требует наличия строго определенного значения проекции спина налетающего захватываемого свободного электрона на направление его движения в сторону исходного ядра, и вследствие этого всегда протекает с нарушением Р-четности (пространственной четности). В результате данного нарушения Р-четности, я полагаю, что всегда будет выполняться рАА(г;а)несимметричная_не=1/2 и рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2. Так как коллапс с нарушением четности всегда можно будет переключать на обычный симметричный коллапс, закрывая экраном мишень с захватывающими налетающие свободные электроны ядрами, то сверхсветовая коммуникация и нелокальная передача информации окажутся возможными. Однако утверждение о том, что указанные неравенства будут выполняться всегда и для всех подобных реакций захвата налетающего свободного электрона, протекающих с нарушением Р-четности (пространственной четности), возможно, является слишком оптимистичным. Не исключено, что сверхсветовая коммуникация и нелокальная передача информации окажутся возможными лишь для очень ограниченного числа ядер и реакций электронного захвата свободного электрона, то есть окажутся не менее редким явлением, как и высокотемпературная сверхпроводимость.
Очевидно, что реакция захвата свободного налетающего электрона, в силу необходимости соблюдения законов сохранения энергии и момента количества движения, является возможной (разрешенной) лишь для ограниченного числа видов изотопов и ионов атомов и их состояний, поскольку начальное и конечное ядро характеризуются в соответствующих энергетических состояниях строго определенными значениями спинового и суммарного (спинового плюс орбитального) момента импульса. Реакция электронного захвата достаточно хорошо изучена лишь в случае захвата одного из электронов с ближайших к ядру электронных оболочек атома. Чаще всего такой захват происходит из К-оболочки (К-захват), реже со следующих L- или М-оболочек (соответственно L- или М-захват), сопровождается излучением нейтрино, и характеризуется определенным периодом полураспада (периодом электронного захвата), который имеет слабую зависимость от деформации конфигураций соответствующих электронных оболочек, которые могут быть вызваны нахождением соответствующих атомов в химических соединениях. Однако данное ограничение – захват электрона только из электронных оболочек атома – может быть снято путем использования для электронного захвата свободного электрона, имеющего высокую энергию, достаточную для уверенного преодоления кулоновского отталкивания электронной оболочки атома или иона и центробежного барьера, в том числе за счет туннельного эффекта. Это ограничение может быть преодолено также путем использования атомов с высокой степенью ионизации и полностью ионизированных атомов, например таких, которые получают с помощью облучения атомов квантами высоких энергий (рентгеновское и гамма-излучение) и хранят длительное время в вакуумных кольцевых ионных накопителях с поперечным накопительному кольцу магнитным полем. Данные некоторых экспериментов и расчетов указывают на то, что и период полураспада (период электронного захвата свободных электронов) в таких случаях может быть отменен или существенно сокращен по сравнению с периодом соответствующего К-захвата. Большинство реакций электронного захвата, которые в случаях спонтанного электронного захвата из электронных оболочек атомов, оказываются запрещенными ввиду отсутствия в атомах энергии, необходимой для таких реакций, в случае электронного захвата свободных электронов высоких энергий окажутся возможными ввиду наличия у этих свободных электронов необходимых для таких реакций энергий. В частности окажутся возможными большинство реакций обратных соответствующим реакциям бета-распада, протекающим с излучением электрона и антинейтрино. Вероятно, что в первых экспериментах по изучению сверхсветовой коммуникации будут использованы ядра атомов, которые также испытывают и обычный К-захват, ввиду сравнительно небольших энергий свободных электронов, необходимых для их захвата ядром. В настоящее время реакции К-захвата хорошо изучены для многих ядер, например для: 7Ве, 22Na, 26Al, 34Cl, 40K, 59Ni, 64Cu, 73As, 73Se, 83Rb, 89Zr, 163Ho, 262Db, однако захват свободных электронов этими ядрами остается неисследованным. Предлагаемый тип электронного захвата следовало бы назвать «индуцированным электронным захватом свободных электронов». При этом следует признать, что электронный захват свободных электронов экспериментально практически не изучен, хотя его изучение могло бы сильно способствовать дальнейшему развитию теории атомных ядер, и имело бы огромное самостоятельное научное значение, не связанное непосредственно со сверхсветовой коммуникацией. Данный способ изучения свойств ядер отличается тем, что возможный спектр воздействий на ядро атома необычайно широк и по своей эффективности он может оказаться сравним и с методом бомбардировки ядер нуклонами и другими ядрами, и с ядерным магнитным резонансом, и с ядерным квадрупольным резонансом. А если подтвердится гипотеза о сверхсветовой коммуникации, то этот метод может оказаться довольно простым в исполнении, и тогда он даст мощный толчок развитию совершенно новых и необычайно эффективных методов диагностики в химии, материаловедении, биологии и медицине.
Поскольку и электрон и нейтрино являются фермионами, и имеют спиновое число равное 1/2, то и разность спиновых чисел конечного (после реакции захвата электрона) и исходного (до реакции захвата электрона) ядер dJ может равняться либо 0, такая реакция называется переходом (реакцией) Ферми (для случая dJ=0 смотрим рисунок 2), либо 1, такая реакция называется переходом (реакцией) Гамова-Теллера (для случая dJ=1 смотрим рисунок 3). Причем излучаемое ядром нейтрино в силу законов сохранения импульса и момента импульса, и в силу того, что нейтрино всегда является лево-поляризованным, привносит дополнительно к исходной системе частиц (исходное ядро плюс захватываемый свободный электрон) положительную равную +1/2 проекцию спина на направление движения налетающего захватываемого свободного электрона. Переходы, при которых привносимый в ядро захватываемым и излучаемым лептонами суммарный орбитальный момент импульса отличен от 0 (dL не=0 – запрещенные переходы (запрещенные реакции)), мы пока не рассматриваем, хотя не исключено, что именно на этом пути, как раз, и будет достигнут успех. Для переходов Гамова-Теллера (dJ=1) легко показать, что, в силу необходимости соблюдения законов сохранения импульса, энергии и момента импульса, а также в силу того, что в природе существует только лево-поляризованное нейтрино, разница проекций спина конечного ядра и исходного ядра на направление движения налетающего захватываемого свободного электрона всегда положительна и равна +1 (dJz=Jfz - Jiz=+1).
Таким образом, при производстве экспериментов необходимо учитывать, что если конечное ядро получается из исходного путем перехода Ферми (dJ=0), то ориентация проекции спина исходного ядра, вероятнее всего, не имеет существенного значения для вероятности протекания этой реакции. Это правило может иметь место, так как волновые функции захватываемого электрона и излучаемого нейтрино, скорее всего, в этом случае всегда сферически симметричны относительно направления проекции спина исходного ядра. Однако на практике может оказаться, что это не так, и что даже в этом случае проекцию спина исходного ядра необходимо ориентировать вдоль направления движения налетающего захватываемого электрона с помощью внешнего магнитного поля для существенного увеличения вероятности протекания такой реакции.
Если же конечное ядро получается из исходного путем перехода Гамова-Теллера (dJ=1), то, как мы уже показали, разница проекций спина конечного ядра и исходного ядра на направление движения налетающего захватываемого свободного электрона всегда положительна и равна +1 (dJz=Jfz–Jiz=+1). В этом случае, для многократного увеличения вероятности протекания (эффективного сечения) такой реакции, необходимо ориентировать проекцию момента импульса таких исходных ядер с помощью внешнего магнитного поля вдоль направления движения налетающего захватываемого свободного электрона. При этом необходимо помнить, что на нижних – невозбужденных и (при наличии) слабо-возбужденных уровнях момент импульса большинства ядер – парамагнитных ядер – ориентируется (проекция совпадает по направлению) по направлению магнитного поля, а для диамагнитных ядер он ориентируется противоположно направлению магнитного поля. Кроме того, если мы имеем дело не с полностью ионизированными атомами, напряженность такого внешнего магнитного поля должна быть достаточно высока – более 10 в степени 4 или (exp(4*ln(10)) эрстед, чтобы исключить влияние электронных оболочек соответствующих атомов и ионов на ориентацию проекции спина ядра.
Рис.2 находится в начале статьи в иллюстрациях
Рис.3 находится в начале статьи в иллюстрациях
Для ядер, имеющих четное массовое число А, уменьшение при электронном захвате на единицу атомного номера N приводит к тому, что исходный четный атомный номер превращается в нечетный, а исходный нечетный атомный номер превращается в четный. Поскольку в основном состоянии четно-четные ядра имеют значение спина J=0, а четно-нечетные ядра имеют только целочисленные значения спина (1, 2, 3, 5, 7), то при электронном захвате свободного электрона переход от находящегося в основном состоянии четно-четного ядра к четно-нечетному ядру всегда сопровождается увеличением на 1 проекции спина ядра на направление движения налетающего захватываемого свободного электрона (dJz=Jfz–Jiz=+1), и такой переход, как следствие, может быть только переходом Гамова-Теллера (dJ=1). По той же причине и переход с электронным захватом от четно-нечетного ядра к основному состоянию четно-четного ядра с J=0 так же может быть только переходом Гамова-Теллера. Причем такой переход требует, чтобы проекция спина исходного ядра была противоположно направлена к направлению движения налетающего свободного электрона, т.е. ее значение к этому направлению было равно –1. А это, в случае принудительной ориентации спина исходного ядра внешним магнитным полем, означает, что исходное ядро, имеющее спин равный 1, либо должно быть диамагнитным в основном состоянии (иметь отрицательный магнитный момент) либо, будучи парамагнитным, находиться в возбужденном состоянии по величине проекции спина на направление внешнего магнитного поля.
Для нечетных исходных ядер – ядер, имеющих нечетное массовое число А и полуцелый спин (1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2), при электронном захвате свободного электрона в общем случае возможны как переходы Ферми (dJ=0), так и переходы Гамова-Теллера (dJ=1). В этом случае уменьшающийся при электронном захвате на единицу атомный номер N в общем случае может быть любым целым числом большим или равным 2.
Данные примеры показывают насколько важно при производстве экспериментов следить за соблюдением правил отбора для ожидаемой реакции (перехода) превращения ядра.
6. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
6.1. Сверхсветовой коммуникатор на электронах или иных заряженных лептонах, или иных частицах, кроме фотонов, имеющих квантово запутанные спины:
Принцип действия:
В качестве рабочих частиц мишени передатчика используются атомные ядра или адроны, или гиперядра, или их античастицы, способные на захват имеющего достаточную для этого энергию свободного электрона или иного соответствующего свободного заряженного лептона.
В случае такого захвата рабочей частицей мишени соответствующей частицы передатчика, спин которой находится в состоянии квантовой запутанности со спином соответствующей частицы приемника, коллапс запутанного квантового состояния всегда протекает в условиях существенного нарушения пространственно-временной симметрии. Это вызвано тем, что такой коллапс запутанного квантового состояния является следствием реакции захвата свободного электрона или иного соответствующего заряженного лептона, при которой осуществившей такой захват рабочей частицей мишени излучается нейтрино или антинейтрино соответствующего поколения. Поскольку все поколения нейтрино являются лево-поляризованными, а антинейтрино – право-поляризованными, то правила отбора для этой реакции захвата частицы передатчика требуют строго определенной ориентации проекции спина захватываемого электрона или иного соответствующего заряженного лептона: либо по направлению его движения – с Sz= +1/2, либо против – с Sz= -1/2. Это означает, что такой захват частицы передатчика всегда является реакцией, протекающей с несохранением Р-четности. Что в свою очередь и приводит к существенному нарушению пространственно-временной симметрии при коллапсе запутанного квантового состояния частицы передатчика и частицы приемника. В таком случае мы вправе ожидать, что существенным образом изменится и рАА(г;а), то есть появится рАА(г;а)несимметричная_не=1/2, которая может существенным образом отличаться от рАА(г;а)обычная=1/2, а вследствие этого, как я уже показал, в общем случае будет выполняться и рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2, что означает регистрацию факта нелокальной передачи информации, основанного на эффекте коллапса запутанного квантового состояния, то есть регистрацию факта наличия сверхсветового сигнала.
Поскольку характер сигнала сверхсветовой нелокальной передачи информации является для рассматриваемого принципа действия чисто статистическим, то не существенно какой процент налетающих на мишень электронов или иных заряженных лептонов примет участие в реакциях захвата свободных электронов или иных заряженных лептонов. Важно чтобы хотя бы какая-то часть этих заряженных лептонов приняла участие в такой реакции.
Общее описание устройства:
Аналогами таких устройств могут послужить устройства, использованные для проверки неравенств Белла, в которых: запутанные пары фотонов должны быть заменены запутанными парами электронов или иных заряженных лептонов; измеряющие поляризацию фотонов приемника поляризаторы должны быть заменены фильтрами Штерна-Герлаха, измеряющими направление спина электронов или иных заряженных лептонов приемника; датчики для регистрации фотонов приемника должны быть заменены датчиками для регистрации электронов или иных соответствующих заряженных лептонов; поляризаторы с датчиками для регистрации фотонов передатчика должны быть заменены мишенями-датчиками для захвата свободных электронов или иных заряженных лептонов передатчика соответствующими ядрами атомов или адронами, или стабильными гиперядрами, или их античастицами. Для подробного изучения процесса эти мишени-датчики могут быть снабжены устройствами регистрации ударов электронов или иных соответствующих заряженных лептонов и устройствами регистрации факта захвата этих частиц. Общая схема устройств для сверхсветовой коммуникации приведена на рисунке 4.
Рис. 4 находится в начале статьи в иллюстрациях
Источники частиц с квантово запутанными спинами:
В качестве источника пар электронов или иных заряженных лептонов с запутанными спинами, могут послужить скрещенные пучки электронов или иных заряженных лептонов, рассеивающихся на взаимных столкновениях, получаемые в вакуумных электронных трубках или ускорителях за счет разгона заряженных частиц электрическими полями. В таких условиях, на выходе из области столкновения можно получить пучки, в которых присутствует до четверти от исходного числа заряженных лептонов, которые находятся в синглетном запутанном квантовом состоянии, и до четверти от исходного числа заряженных лептонов, находящихся в триплетном запутанном квантовом состоянии.
Кроме того, источником пар электронов или позитронов с запутанными спинами, гипотетически при определенных условиях, например при излучении соответственно двух антинейтрино или двух нейтрино в противоположных направлениях, могут послужить ядра атомов, испытывающих двойной электронный или позитронный бета-распад. При этом следует иметь в виду, что двойной бета-распад в обычных условиях является довольно экзотическим явлением и вероятность его довольно мала. Иногда возможен двойной электронный или позитронный бета-распад четно-четного ядра на четно-четное ядро, когда простой (одинарный) электронный или позитронный бета-распад энергетически невозможен. Ядра 128Te и 130Te, испытывающие двойной электронный бета-распад имеют периоды полураспада соответственно 2,2*10 в 24 степени лет (по другим данным 7,7*10 в 28 степени лет) и 7,9•10 в двадцатой степени лет (по другим данным 2,7*10 в 21 степени лет).
Источником пары состоящей из электрона и позитрона или иного заряженного лептона и соответствующего ему заряженного антилептона, спины которых находятся в запутанном квантовом состоянии, может быть гипотетическое устройство, испускающее фотоны высоких энергий, которые при рассеянии на ядрах некоторых атомов, или ионов, или адронов, или при рассеянии в сильном электромагнитном поле, порождают лептон-антилептонную пару соответствующих частиц, спины которых находятся в состоянии квантовой запутанности. Кроме того источником такой пары может быть реакция столкновения при достаточно высоких энергиях электрона и позитрона в электрон-позитронном коллайдере.
Замедляющий управляемый тракт:
Использование в сверхсветовом коммуникаторе замедляющего управляемого тракта Т не является принципиально необходимым. Однако очевидно, что для того, чтобы работа сверхсветового коммуникатора была возможной без использования замедляющего управляемого тракта Т, необходимо, чтобы время свободного движения заряженного лептона или фотона приемника от источника S до фильтра Штерна-Герлаха приемника F, обозначаемое tприемника, превышало время свободного движения заряженного лептона или фотона передатчика от источника S до мишени М, обозначаемое tпередатчика. Для этого необходимо выполнение условия (Lприемника/ve2) больше или равно (Lпередатчика/ve1). Здесь Lпередатчика – расстояние от S до М, а Lприемника – расстояние от S до F, ve2 – скорость заряженного лептона или фотона приемника, ve1 – скорость заряженного лептона или фотона передатчика. Для эффективного использования сверхсветового коммуникатора без использования замедляющего управляемого тракта необходимо, чтобы tприемника было равно или было чуть больше tпередатчика, то есть чтобы соблюдалось условие (Lприемника/ve2)=(Lпередатчика/ve1). Без использования замедляющего управляемого тракта регулирование tприемника и tпередатчика может осуществляться только за счет регулирования соотношения скоростей ve2 и ve1, а также за счет регулирования соотношения расстояний Lприемника и Lпередатчика, чтобы выполнялось: (Lприемника/Lпередатчика)=(ve2/ve1). Очевидно, что регулирование этих расстояний крайне неудобно на практике и годится только в условиях стационарного размещения элементов передатчика и приемника. Регулирование соотношения ve2 и ve1 на выходе из S также имеет существенные технические и принципиальные ограничения. Поэтому для удобства и существенного увеличения дальности действия и эффективности данного сверхсветового квантового коммуникатора, следует использовать замедляющий управляемый тракт для электронов или иных заряженных лептонов или фотонов передатчика.
В качестве такого замедляющего управляемого тракта для электронов или иных заряженных лептонов передатчика может использоваться вакуумный замедлитель, использующий скрещенные электрические и магнитные поля. При его использовании необходимо следить за тем, чтобы электрические и магнитные поля, изменяющие траекторию и (или) скорость электрона или иного заряженного лептона, не разрушили запутанное квантовое состояние заряженного лептона передатчика и заряженного лептона приемника. Для того, чтобы следить за этим, может быть использован дополнительный фильтр Штерна-Герлаха, размещаемый между замедляющим управляемым трактом Т и мишенью М.
В качестве замедляющего тракта для фотонов передатчика Т может использоваться оптический волоконный световод. Для регулируемого (управляемого) замедления фотонов такой волоконный световод должен обладать свойством изменения коэффициента преломления света под действием внешних управляющих электромагнитных полей, для чего в конструкции и структуре такого волоконного световода должны использоваться нелинейные оптоэлектронные материалы. В качестве замедляющего тракта для фотонов передатчика Т может использоваться также кольцевой фотонный накопитель из светопроводящего материала (толстый закольцованный оптический волоконный световод) с регулируемыми оптоэлектронными затворами для запуска и выпуска фотонов передатчика.
Конструкции мишеней, поколения экспериментов:
По характеру и конструкции передатчика, в первую очередь мишени передатчика М, все эксперименты с запутанными электронами или иными соответствующими заряженными лептонами или иными частицами, кроме фотонов, имеющими квантово запутанные спины, удобно разбить на несколько поколений:
1) В экспериментах первого поколения в качестве мишени передатчика используются пластины с нанесенными на них исходными ядрами, способными на захват свободного электрона, в результате которого разность спиновых чисел конечного (после реакции захвата электрона) и исходного (до реакции захвата электрона) ядер будет равняться 0. То есть используются исходные ядра, которые будут испытывать переход (реакцию) Ферми с dJ=0. Как я уже указал выше, ориентация проекции спина исходного ядра, вероятнее всего, не имеет существенного значения для вероятности протекания этой реакции. Поэтому внешнее магнитное поле для ориентации проекции спина ядер в экспериментах первого поколения использоваться не будет.
2) В экспериментах второго поколения в качестве мишени передатчика также используются пластины с нанесенными на них исходными ядрами (в виде атомов), способными на захват свободного электрона, в результате которого разность спиновых чисел конечного (после реакции захвата электрона) и исходного (до реакции захвата электрона) ядер будет равняться 0. То есть используются исходные ядра, которые будут испытывать переход (реакцию) Ферми с dJ=0.
Однако, при производстве экспериментов второго поколения, для ориентации проекции спина ядер, по направлению движения налетающего захватываемого свободного электрона, будет использоваться внешнее магнитное с напряженностью более 10 в 4 степени эрстед, чтобы исключить влияние электронной оболочки соответствующих атомов и ионов на ориентацию проекции спина ядра.
При постановке экспериментов второго поколения, необходимо дополнительно выполнить эксперименты, при которых влияние внешнего магнитного поля должно быть заменено предварительной ориентацией спинов ядер в магнитном поле в условиях предварительного охлаждения мишени с нанесенными на нее ядрами в жидком гелии. В этом случае при выключении ориентирующего внешнего магнитного поля ориентация спинов ядер в химической решетке сохраняется, пока мишень не нагреется до температур, при которых совместная ориентация спинов ядер будет нарушена (как в опыте Ву Цзяньсюн по проверке несохранения четности). При этом проекция спинов ядер ориентируется таким образом, чтобы она была параллельна направлению движения налетающего захватываемого свободного электрона.
Необходимость проведения этих экспериментов в разных условиях диктуется тем, что нам слишком мало известно о законах коллапса составляющей волновой функции, отвечающей за состояние квантовой запутанности. Поэтому нельзя исключить, что внешнее магнитное поле может оказать негативное влияние или исключить искомый результат.
3) В экспериментах третьего поколения в качестве мишени передатчика также используются пластины с нанесенными на них исходными ядрами, способными на захват свободного электрона, в результате которого разность спиновых чисел конечного (после реакции захвата электрона) и исходного (до реакции захвата электрона) ядер будет равняться 1. То есть используются исходные ядра, которые будут испытывать переход (реакцию) Гамова-Теллера с dJ=1. В этом случае, как я уже показал выше, разница проекций спина конечного ядра и исходного ядра на направление движения налетающего захватываемого свободного электрона всегда положительна и равна +1 (;dJz=Jfz–Jiz=+1). При производстве экспериментов третьего поколения, для ориентации проекции спинов ядер по направлению движения налетающего захватываемого свободного электрона будет использоваться внешнее магнитное с напряженностью более 10 в 4 степени эрстед, чтобы исключить влияние электронной оболочки соответствующих атомов и ионов на ориентацию проекции спинов ядер. Использование такого внешнего магнитного поля, как я уже указывал выше, необходимо для многократного увеличения вероятности протекания (эффективного сечения) такой реакции.
При постановке экспериментов третьего поколения, необходимо дополнительно выполнить эксперименты, при которых влияние внешнего магнитного поля должно быть заменено предварительной ориентацией спинов ядер в магнитном поле в условиях предварительного охлаждения мишени с нанесенными на нее ядрами в жидком гелии. В этом случае при выключении ориентирующего внешнего магнитного поля ориентация спинов ядер в химической решетке сохраняется, пока мишень не нагреется до температур, при которых совместная ориентация спинов ядер будет нарушена (как в опыте Ву Цзяньсюн по проверке несохранения четности). При этом проекция спинов ядер ориентируется таким образом, чтобы она была параллельна направлению движения налетающего захватываемого свободного электрона.
Кроме того, при постановке экспериментов третьего поколения, необходимо произвести те же эксперименты с выключенным внешним магнитным полем и без предварительной криогенной ориентации ядер.
Необходимость проведения этих экспериментов в разных условиях диктуется тем, что нам слишком мало известно о законах коллапса составляющей волновой функции, отвечающей за состояние квантовой запутанности. Поэтому нельзя исключить, что внешнее магнитное поле или предварительная криогенная ориентация ядер внешним магнитным полем может оказать негативное влияние или исключить искомый результат.
4) В экспериментах четвертого поколения в качестве мишени передатчика используются атомы с высокой степенью ионизации или полностью ионизированные атомы, например такие, которые получают с помощью облучения атомов квантами высоких энергий и хранят длительное время в вакуумных кольцевых ионных накопителях с поперечным накопительному кольцу магнитным полем. Период электронного захвата свободных электронов в таких случаях может быть отменен или существенно сокращен по сравнению с периодом соответствующего К-захвата. В этом случае, вектор движения налетающего захватываемого свободного электрона для увеличения эффективного сечения реакции электронного захвата в ряде случаев, например для переходов Гамова-Теллера с dJ=1, следует ориентировать вдоль направления уже используемого в ионных накопителях магнитного поля (с напряженностью более 10 в 4 степени эрстед), или противоположно ему в соответствиями с правилами отбора для выбранной реакции захвата налетающего свободного электрона.
Кроме того, при постановке экспериментов четвертого поколения, необходимо произвести те же эксперименты с отключаемым в момент измерения магнитным полем ионного накопителя (отключаемым внешним магнитным полем).
Необходимость проведения этих экспериментов в разных условиях диктуется тем, что нам слишком мало известно о законах коллапса составляющей волновой функции, отвечающей за состояние квантовой запутанности. Поэтому нельзя исключить, что внешнее магнитное поле может оказать негативное влияние или исключить искомый результат.
5) В экспериментах пятого поколения используются переходы, при которых привносимый в ядро захватываемым и излучаемым лептонами суммарный орбитальный момент импульса отличен от 0 (dL не=0 – запрещенные переходы (запрещенные реакции)). Всю совокупность этих экспериментов также необходимо выполнить, поскольку не исключено, что именно на этом пути, как раз, и будет достигнут успех. При этом совокупность экспериментов этого поколения должны быть выполнена при всех группах реакций и технических условий, которые описаны для предыдущих поколений экспериментов.
6) В экспериментах шестого поколения в качестве рабочих частиц мишени вместо ядер атомов используются все виды адронов, включая тетракварки, пентакварки и гибриды, и все виды гиперядер, способных на захват соответствующих заряженных лептонов, используемых в качестве частиц «А» передатчика. При этом в качестве частиц «А» передатчика используются соответствующие заряженные лептоны, а именно: электроны, мюоны, гипотетически – тау-лептоны, или античастицы этих частиц. При этом следует помнить, что время жизни мюона равно 2,2*10 в -6 степени сек, а время жизни тау-лептона равно 2,6*10 в -13 степени сек, и вследствие этого их использование в качестве рабочих частиц «А» и «В» передатчика и приемника, имеет главным образом демонстрационный характер, то есть служит в основном для исследования возможности сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных. Так, для того, чтобы из-за эффекта релятивистского замедления времени время жизни мюона в лабораторной системе было более 2,2 секунды, отличие его скорости от скорости света в вакууме должно составлять менее 10 в -6 степени от ее величины. Кроме того, возможность захвата тау-лептона t-кварком с образованием b-кварка является лишь гипотезой. Адроны, в состав которых входят t-кварки, экспериментально не обнаружены.
В случае электронного захвата адроном или гиперядром свободного электрона, за такой захват электрона отвечает u-кварк, превращающийся в результате такого захвата в d-кварк. При этом мы будем иметь реакцию, сопровождающуюся излучением нейтрино, как и в случае с захватом свободного электрона ядрами атомов.
В случае захвата адроном или гиперядром свободного мюона, за такой захват мюона отвечает c-кварк, превращающийся в результате такого захвата в s-кварк. При этом мы будем иметь реакцию, сопровождающуюся излучением мюонного нейтрино.
7) В экспериментах седьмого поколения в качестве рабочих частиц мишени вместо ядер атомов используются мезоны, в частности К-мезоны и В-мезоны, либо иные частицы, распадающиеся с нарушением СР-четности. В этом случае, частицами «А» передатчика, имеющими квантово запутанные спины с частицами «В» приемника, может быть инициирован распад или индуцирован ускоренный распад частиц мишени, распадающихся с нарушением СР-четности, в частности распад К-мезонов или и В-мезонов. В качестве частиц «А» передатчика в этом случае могут быть использованы следующие частицы: заряженные лептоны; или нуклоны или их античастицы; или атомные ядра или их античастицы; или стабильные гиперядра или их античастицы. При этом отмена «обычного» стабильного периода полураспада частиц мишени будет означать непосредственное вовлечение налетающих частиц передатчика в реакцию слабого взаимодействия, протекающую с нарушением СР-четности. Полагаю, что подобное вовлечение рассеиваемой частицы в реакцию распада частиц мишени, протекающую с нарушением СР-четности, потребует строго определенного знака проекции спина налетающей на мишень частицы на направление ее движения, что приведет к несимметричным условиям коллапса ее запутанного квантового состояния и создаст возможность нелокальной передачи информации.
8) В экспериментах восьмого поколения используется фильтр Штерна-Герлаха для предварительного пространственного разделения координатной части волновой функции налетающего свободного электрона или иного заряженного лептона, или иной заряженной частицы передатчика на две интерферирующие составляющие. Эти составляющие, будучи дополнительно сформированы и направлены внешним электрическим полем, при взаимодействии с атомными ядрами или адронами, или иными рабочими частицами мишени заведомо дадут значения проекции спина электрона на направление его движения соответственно +1/2 для одной мишени и -1/2 для другой мишени. Соблюдение интерференции этих составляющих волновой функции в этом случае должно проверяться в предварительном «настроечном» для аппаратуры опыте. Таким настроечным опытом может быть обычный опыт с непрозрачным экраном и двумя щелями, одна из которых расположена около первой мишени, а другая около второй мишени. Это необходимо, чтобы убедиться в том, что отклоняющие и разгонные электрические и магнитные поля не разрушили состояние квантовой запутанности заряженных лептонов или иных заряженных частиц приемника и передатчика до столкновения заряженной частицы передатчика с мишенью. В частности – до захвата налетающего свободного заряженного лептона передатчика ядрами или адронами или иными рабочими частицами мишени.
Правила отбора для реакции захвата налетающего свободного заряженного лептона для каждого конкретного вида ядер или адронов, или гиперядер требуют строго определенной ориентации проекции спина захватываемого лептона: либо по направлению его движения с Sz=1/2, либо против – с Sz= -1/2. Аналогичные правила отбора будут действовать при инициирующем распад рассеянии заряженных частиц передатчика на мезонах, в частности К-мезонах и В-мезонах, либо иных частицах, распадающиеся с нарушением СР-четности. Поэтому существенное нарушение симметрии при коллапсе квантовой запутанности спинов заряженной частицы передатчика и заряженной частицы приемника, в этом случае может быть зарегистрировано уже на самом передатчике. Такая регистрация состоится, если мы обнаружим, что число заряженных частиц передатчика, попавшее на одну из мишеней, существенно и статистически устойчиво отличается от числа заряженных частиц передатчика, попавших на другую мишень. То есть
p(+)АА(г;а)несимметричная_не=p(-)АА(г;а)несимметричная.
Для данного поколения экспериментов важно также учитывать следующие обстоятельства: При использовании датчиков для измерения количества столкновений электронов передатчика с мишенью и датчиков для измерения количества захватов электронов ядрами мишени, следует помнить, что реакция электронного захвата имеет конкурирующий процесс. Таким процессом является реакция позитронного бета-распада. Эта конкурирующая реакция может давать ложные сигналы для соответствующих датчиков. Для статистического исключения этих сигналов следует учитывать период позитронного бета-распада для соответствующих захватывающих ядер мишени. Однако есть вероятность, что в условиях интенсивной электронной бомбардировки период позитронного бета-распада может измениться. Поэтому для уверенного исключения ложных сигналов мишень следует снабжать датчиками позитронного бета-распада, датчиками регистрации позитронов, и датчиками аннигиляций позитронов и электронов.
9) И, наконец, в экспериментах девятого поколения необходимо использовать те самые двойные измерения и для частиц передатчика и для частиц приемника, о которых я писал при доказательстве теоремы о возможности сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных. Не исключено, что только двойные измерения при некоторых отдельных значениях г_не=0 позволят нам обнаружить те самые искомые значения рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2.
6.2. Сверхсветовой коммуникатор на фотонах с запутанными поляризациями:
Общее описание устройства и принцип действия:
Аналогами таких устройств могут послужить устройства, использованные для проверки неравенств Белла, в которых датчики для регистрации фотонов передатчика должны быть заменены соответствующими мишенями-датчиками, предназначенными для вовлечения фотонов передатчика в реакцию, протекающую с нарушением Р-четности или СР-четности. Для подробного изучения процесса эти мишени-датчики могут быть снабжены устройствами регистрации фотонных ударов, производимых налетающими на мишень фотонами, и устройствами регистрации факта участия налетающих фотона в реакциях, протекающих с нарушением Р-четности или СР-четности.
При этом я полагаю, что правила отбора для соответствующих реакций, протекающих с нарушением Р-четности или СР-четности, должны требовать строго определенной поляризации или строго определенного диапазона поляризаций налетающего на мишень фотона передатчика. Поэтому вовлечение такого фотона в реакцию, протекающую с нарушением Р-четности или СР-четности, создаст существенное нарушение симметрии при коллапсе квантовой запутанности поляризаций фотона передатчика и фотона приемника. А это в свою очередь с неизбежностью приведет к появлению рАА(г;а)несимметричная_не=1/2, и следовательно к рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2, что и будет означать наличие регистрации фактов сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи информации.
Общая схема устройств для сверхсветовой коммуникации приведена выше на рисунке 4.
Источники фотонов с запутанными поляризациями:
В качестве источника пар фотонов с запутанными поляризациями, могут служить устройства, работающие на принципе спонтанного параметрического рассеяния лазерного потока фотонов на нелинейном материале. В качестве такого нелинейного материала используются атомы или молекулы, например: Ca, 200Hg, 202Hg, способные на двухкаскадное излучение из возбужденного лазером состояния, когда один фотон с энергией ћ;3 распадается на два фотона с энергиями ћw1 и ћw2 c соблюдением закона сохранения энергии ћw3=ћw1+ћw2 и закона сохранения импульса ћk3=ћk1+ћk2, где w– круговая частота, а k – волновой вектор фотона. Для получения при спонтанном параметрическом рассеянии двух несовпадающих потоков фотонов, где у каждого из фотонов одного потока есть соответствующий ему фотон из второго потока, находящийся с ним в запутанном квантовом состоянии, используются нелинейные кристаллы. В результате такого рассеяния на выходе соответствующего устройства получаются два конуса поляризации, несовпадающие по направлению своих осей, причем каждому фотону из одного конуса соответствует находящийся с ним в запутанном квантовом состоянии фотон из другого конуса. Так, например, в экспериментах по проверке неравенств Белла используются как неорганические нелинейные кристаллы с регулярной доменной структурой, например, такие как: бета-борат бария; триборат лития; титанил фосфат калия; ниобат калия, так и нелинейные кристаллы на органической основе, например, такие как: L-аргинин малеин дигидрат; 2-L-метионин малеин дигидрат.
В качестве источника пар фотонов рентгеновского диапазона с запутанными поляризациями, предлагаю гипотетическое устройство, в котором электроны в рентгеновской трубке разгоняются до энергий достаточных для того, чтобы выбить «одновременно» два электрона из внутренних оболочек (К-, L-, М-оболочек) атома анода. При этом замещение этих двух выбитых электронов другими электронами атома должно происходить синхронно в силу квантовых эффектов, а излучаемые при этом два фотона должны иметь поляризации, находящиеся в состоянии квантовой запутанности.
В качестве источника пар фотонов гамма и рентгеновского диапазона с запутанными поляризациями, предлагаю гипотетическое устройство, в котором используется изомерный переход – радиоактивный гамма-распад атомного ядра, происходящий из возбуждённого метастабильного состояния атомного ядра, при котором происходит каскадное излучение двух фотонов гамма диапазона, находящихся в запутанном квантовом состоянии.
Конструкции мишеней, поколения экспериментов:
По характеру и конструкции передатчика, в первую очередь мишени передатчика, все эксперименты с запутанными фотонами удобно разбить на несколько поколений:
1) В экспериментах первого поколения на запутанных фотонах в качестве находящихся в состоянии квантовой запутанности частиц передатчика и приемника используются фотоны (предпочтительно фотоны высоких энергий), поляризации которых находятся в запутанном квантовом состоянии. При этом соответствующей реакцией, протекающей с нарушением Р-четности, является реакция захвата ядром мишени электрона из электрон-позитронной пары, или реакция захвата адроном или стабильным гиперядром соответствующего заряженного лептона из лептон-антилептонной пары, возникающей вследствие рассеяния фотона передатчика на этом ядре или адроне мишени. При этом могут быть использованы практически все соответствующие виды ранее описанных мишеней, предложенных для сверхсветового коммуникатора на запутанных электронах или иных заряженных лептонах.
2) В экспериментах второго поколения на запутанных фотонах в качестве взаимодействия, протекающего с нарушением СР-четности (пространственно-зарядовой четности), используется рассеяние находящихся в запутанном квантовом состоянии фотонов (предпочтительно фотонов высоких энергий) на мезонах, в частности К-мезонах и В-мезонах, либо на иных частицах, распадающихся с нарушением СР-четности. В этом случае, фотонами передатчика (предпочтительно фотонами высоких энергий), находящимися в запутанном квантовом состоянии с фотонами приемника, может быть инициирован распад или индуцирован ускоренный распад частиц мишени, в частности К-мезонов и В-мезонов, либо иных частиц, распадающихся с нарушением СР-четности.
При этом отмена «обычного» стабильного периода полураспада частиц мишени будет означать непосредственное вовлечение рассеиваемого или поглощаемого (захватываемого) фотона передатчика в реакцию слабого взаимодействия, протекающую с нарушением СР-четности. Полагаю, что подобное вовлечение рассеиваемого или поглощаемого (захватываемого) фотона в реакцию распада частиц мишени, протекающую с нарушением СР-четности, в определенных условиях, например при создании выделенного направления электрическим или магнитным полем, потребует наличия строго определенной поляризации или ограниченного диапазона поляризаций налетающего на мишень фотона передатчика. А это приведет к несимметричным условиям коллапса запутанного квантового состояния фотона передатчика и фотона приемника и создаст возможность нелокальной передачи информации.
3) В экспериментах третьего поколения на запутанных фотонах используется двухканальный поляризатор для предварительного пространственного разделения координатной части волновой функции налетающего фотона передатчика (фотона «А») на две интерферирующие составляющие, имеющие поляризации соответственно одна «X», а другая «Y». Эти составляющие при взаимодействии с ядрами или иными рабочими частицами мишеней заведомо дадут поляризации фотона передатчика соответственно «X» для одной мишени и «Y» для другой мишени. Соблюдение интерференции составляющих волновой функции в этом случае должно проверяться в предварительном «настроечном» для аппаратуры опыте. Таким настроечным опытом может быть обычный опыт с непрозрачным экраном и двумя щелями, одна из которых расположена около первой мишени, а другая около второй мишени. Это необходимо, чтобы убедиться в том, что поляризаторы и фокусирующие системы не разрушили состояние квантовой запутанности фотонов приемника и передатчика до столкновения фотона передатчика с мишенью, в том числе до непосредственного вовлечения фотона в реакцию слабого взаимодействия, протекающую с нарушением Р- или СР-четности.
Поскольку правила отбора для соответствующей реакции по нашему предположению должны требовать строго определенной поляризации фотона, то существенное нарушение симметрии при коллапсе квантовой запутанности поляризаций фотона передатчика и фотона приемника, в этом случае может быть зарегистрировано уже на самом передатчике. Это произойдет, если мы обнаружим, что число фотонов передатчика, попавшее на одну из мишеней, существенно и статистически устойчиво отличается от числа фотонов, попавших на другую мишень. То есть p(+)АА(г;а)несимметричная_не= p(-)АА(г;а)несимметричная, p(+)АА(г;а)несимметричная_не=1/2, p(-)АА(г;а)несимметричная_не=1/2.
4) В экспериментах четвертого поколения на запутанных фотонах должны использоваться двойные измерения и для частиц передатчика и для частиц приемника, аналогично экспериментам девятого поколения на запутанных электронах. Не исключено, что только двойные измерения при некоторых отдельных значениях г не=0 позволят нам обнаружить то самое искомое рВА(г+в;а)несимметричная_не=1/2.
6.3. Сверхсветовой коммуникатор на запутанных нейтрино, мюонных нейтрино, и их античастицах:
При этом сразу хочу заметить, что в качестве квантово запутанного физического свойства для всех видов нейтрино и их античастиц не может служить спин, так эти частицы могут обладать только одним знаком проекции спина на направление их движения. Дело в том, что нейтрино и мюонное нейтрино и тау-нейтрино являются лево-поляризованными и имеют отрицательное значение проекции спина на направление их движения, а их античастицы являются право-поляризованными. Источником квантово запутанных нейтрино или антинейтрино могут служить реакции двойного бета-распада. В этом случае четыре излучаемых частицы: два электрона и два антинейтрино (для электронного бета-распада), как, например, в случае распада 128Te и 130Te, или два позитрона и два нейтрино (для позитронного бета-распада) являются квантово запутанными по величине и направлению импульса этих частиц.
О техническом осуществлении такого сверхсветового коммуникатора я немного расскажу в следующей главе, пока лишь укажу на то, что захват адронами всех видов нейтрино и антинейтрино также является реакцией, протекающей с нарушением Р-четности, а детекторы нейтрино уже созданы и используются в экспериментальной физике. В остальном же я пока ограничусь лишь декларацией принципиальной возможности создания такого коммуникатора.
6.4. Иные сверхсветовые коммуникаторы на запутанных фотонах или (и) запутанных заряженных лептонах, или (и) запутанных нуклонах или их античастицах, или (и) запутанных атомных ядрах или, (и) запутанных стабильных гиперядрах:
Данный тип сверхсветовых коммуникаторов основан на использовании в качестве квантово запутанных свойств величины и направления импульса квантово запутанных частиц. Подробное описание сверхсветовых коммуникаторов данного типа выходит за рамки настоящей статьи и будет представлено в последующих публикациях.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, на сегодняшний день остается экспериментально недоказанным и теоретически не обоснованным следующее утверждение: что в процессе и сразу после процесса коллапса состояния квантовой запутанности для двух частиц, первая частица, в результате взаимодействия которой произошел этот коллапс, и определившееся после этого коллапса квантовое состояние первой частицы, ни через какие взаимодействия и дополнительные параметры не влияют на квантовое состояние, в котором оказывается вторая частица в результате и сразу после этого коллапса. Экспериментальная проверка неравенств Белла не является доказательством того, что нелокальность процесса коллапса состояния квантовой запутанности имеет абсолютный характер, и, таким образом, оставляет место не только для причинно-следственной связанности в поведении этих ранее квантово запутанных частиц, но даже и для конечности скорости взаимодействия между ними при коллапсе состояния их квантовой запутанности. Что, конечно же, вселяет определенную надежду на возможность и сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных. Есть надежда, что коллапс состояния квантовой запутанности двух частиц, вызванный взаимодействием частицы передатчика в несимметричных условиях, например в результате реакций, протекающих с нарушением четности, будет приводить к существенному отклонению от 1/2 вероятности обнаружения у частицы передатчика одного из двух возможных значений спина или поляризации. А это приведет к тому, что в результате неискажающей или некомпенсирующей трансляции (передачи) определившегося свойства от частицы передатчика к частице приемника, вероятность обнаружения у частицы приемника одного из двух значений спинов или поляризаций также будет отличаться от 1/2, что и будет означать реализацию сверхсветовой коммуникации и нелокальной передачи данных. Причем, в случае если скорость сверхсветовой коммуникации окажется все же конечной, сверхсветовая коммуникации и нелокальная передача данных могут оказаться несколько разными явлениями и понятиями.
В то же время в процессе выполнения экспериментов по проверке неравенств Белла было установлено, что в пределах ошибки эксперимента, оказывается практически бесконечной скорость нелокальной корреляции ранее квантово запутанного физического свойства при коллапсе состояния квантовой запутанности для двух фотонов. Эксперименты показывают, что она, по крайней мере, на пять порядков превышает скорость света в вакууме, и сам этот факт дает большие надежды по поводу будущего сверхсветовой коммуникации.
Тот факт, что в спектрах звезд практически по всей Вселенной мы видим огромное, избыточное количество необходимых для зарождения жизни различных химических элементов, и в тоже время не наблюдаем никаких следов коммуникаций иных разумных цивилизаций, не имеет никакого разумного объяснения, (за исключением слишком фантастических программ информационной изоляции целых звездных систем), кроме одного. Тот способ коммуникаций, который на земных и межпланетных расстояниях используем мы сами в виде радиоволн и в виде лазерного излучения, является чрезвычайно неэффективным и чрезвычайно медленным, для любой цивилизации, просуществовавшей хотя бы чуточку дольше, чем существует наша собственная. Нет ни малейшего сомнения в том, что все высокоразвитые цивилизации используют для коммуникации почти исключительно только сверхсветовую коммуникацию и нелокальную передачу данных.
Вероятнее всего именно стационарные потоки квантово запутанных фотонов (наиболее вероятно фотонов высоких энергий рентгеновского и гамма диапазона), как естественного, так и искусственного происхождения, всегда используются такими цивилизациями даже на небольших межпланетных расстояниях. Именно поэтому нам и не удается поймать из космоса никаких радиосигналов и иных сигналов искусственного происхождения. Видимо такой архаичной связью высокоразвитые цивилизации просто не пользуются. Поэтому, при изучении с помощью спутникового и наземного оборудования приходящих из космоса потоков гамма, рентгеновских, ультрафиолетовых лучей, лучей видимого и инфракрасного спектра, электронов, позитронов, релятивистских мюонов, релятивистских нейтронов, протонов, легких ядер и их античастиц, необходимо производить статистический анализ последовательностей измеренных поляризаций и спинов зарегистрированных частиц, с целью обнаружения сигналов внеземных цивилизаций. В дальнейшем, с целью регистрации сигналов от внеземных цивилизаций, для всех приходящих из космоса частиц, в том числе для всех видов нейтрино и антинейтрино, следует подвергнуть статистическому анализу пространственно-временные поля измеренных у них величин и направлений импульса на несовпадающих участках пространства. Причем эти участки пространства должны иметь большое разнообразие по размеру: от небольших участков земной поверхности до размеров сопоставимых с размерами Солнечной системы. Для этого понадобится запустить в космос огромное количество соответствующих детекторов для всех видов стабильных частиц.
Возможно, что сейчас мы даже представить себе не можем всю степень нелокальности нашей большой Вселенной.
Список использованной литературы:
1. Алэн Аспек (Alain Aspect). «Теорема Белла: Наивный взгляд экспериментатора» ("Bell's theorem: The naive view of an experimentalist"). // «Quantum [Un]speakables – From Bell to Quantum information», изд. R.A. Bertlmann и A. Zeilinger, Springer, 2002.
2. Бурланков Д.Е. Динамика пространства. Нижний Новгород: Издательство ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2005. 179с.
3. Бом Д. Квантовая теория. М., Наука, 1965. 729с.
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). Издание 6-е, исправленное. М.: Физматлит, 2004. 800с.
5. Берестецкий В.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Теоретическая физика. Т.IV. Квантовая электродинамика. Издание 4-е, исправленное. М., Физматлит, 2002. 720с.
6. Ракобольская И.В. Ядерная физика. М., Издательство Московского университета, 1971. 296с.
7. Ишханов Б.С., Капитонов И.М., Юдин Н.П. «Частицы и атомные ядра». М., Издательство ЛКИ, 2007. 584с.
8. Квантовая запутанность // Википедия. [2017–2017]. Дата обновления: 06.01.2017. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=84387936 (дата обращения: 29.01.2017).
9. Парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена // Википедия. [2017–2017]. Дата обновления: 09.01.2017. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=82958280 (дата обращения: 29.01.2017).
10. Неравенства Белла // Википедия. [2017–2017]. Дата обновления: 05.01.2017. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=84176263 (дата обращения: 29.01.2017).
11. Теорема о запрете клонирования // Википедия. [2017–2017]. Дата обновления: 05.01.2017. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=82878324 (дата обращения: 29.01.2017).
12. Чётность (физика) // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 09.07.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=79457299 (дата обращения: 20.01.2017).
13. P-симметрия // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 10.10.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=81254936 (дата обращения: 20.01.2017).
14. Нарушение CP-инвариантности // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 12.04.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=77727318 (дата обращения: 20.01.2017).
15. Теорема Нётер // Википедия. [2017–2017]. Дата обновления: 11.01.2017. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=82992207 (дата обращения: 20.01.2017).
16. Слабое взаимодействие // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 30.12.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=82760431 (дата обращения: 29.01.2017).
17. Каон // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 10.06.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=78881625 (дата обращения: 29.01.2017).
18. B-мезон // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 11.09.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=80753927 (дата обращения: 29.01.2017).
19. Закон Мозли // Википедия. [2016–2016]. Дата обновления: 21.06.2016. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=79116985 (дата обращения: 29.01.2017).
20. Изомерный переход // Википедия. [2015–2015]. Дата обновления: 23.12.2015. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=75267926 (дата обращения: 29.01.2017).
Сверхсветовой коммуникатор 8
© Copyright: Левичев Дмитрий Юрьевич, 2017
Свидетельство о публикации №217071102079
Свидетельство о публикации №217071102079
Рецензии
Приведу фрагмент из записи (от 10.8.16) в моём блоге: http://lev-verkhovsky.ru/
Обычно ЭПР-парадокс популярно излагается так:
Рассматриваются две частицы с суммарным нулевым импульсом, разлетевшиеся на достаточное расстояние, чтобы они не могли взаимодействовать. У одной частицы измеряется координата, а у другой импульс. Тогда у второй частицы будут точно измерены и импульс, и координата, что невозможно. То есть подразумевается, что измерение координаты первой частицы даст нам знание о координате второй. Думаю, что именно в этом месте ошибка.
Предлагаю совсем простой опыт (он наверняка давно проведён). На путях этих двух разлетающихся частиц с нулевым суммарным импульсом ставим экраны-детекторы. Пусть первая попала в точку А, а вторая в точку В, соединим их прямой. Вопрос: эта прямая пройдёт через точку, откуда они вылетели? Так было бы в случае бильярдных шаров. Моя гипотеза: для микрочастиц это не так.
Леввер 12.07.2017 07:02 • Заявить о нарушении
Обычно ЭПР-парадокс популярно излагается так:
Рассматриваются две частицы с суммарным нулевым импульсом, разлетевшиеся на достаточное расстояние, чтобы они не могли взаимодействовать. У одной частицы измеряется координата, а у другой импульс. Тогда у второй частицы будут точно измерены и импульс, и координата, что невозможно. То есть подразумевается, что измерение координаты первой частицы даст нам знание о координате второй. Думаю, что именно в этом месте ошибка.
Предлагаю совсем простой опыт (он наверняка давно проведён). На путях этих двух разлетающихся частиц с нулевым суммарным импульсом ставим экраны-детекторы. Пусть первая попала в точку А, а вторая в точку В, соединим их прямой. Вопрос: эта прямая пройдёт через точку, откуда они вылетели? Так было бы в случае бильярдных шаров. Моя гипотеза: для микрочастиц это не так.
Леввер 12.07.2017 07:02 • Заявить о нарушении
Действительно Эйнштейн акцентировался в основном на том, что соотношение неопределенностей Гейзенберга не работает, но как раз в этом месте Эйнштейн ошибался, поскольку любое измерение вновь восстанавливает соотношение неопределенностей. А вот по поводу "жуткого дальнодействия" Эйнштейн на мой взгляд абсолютно прав.
Левичев Дмитрий Юрьевич 13.07.2017 16:28 Заявить о нарушении
Левичев Дмитрий Юрьевич 13.07.2017 16:28 Заявить о нарушении