Странное явление: что такое квантовая запутанность, которая противоречит здравому смыслу

Фото: space.com

Квантовая запутанность представляет собой явление в квантовой физике, которое противоречит здравому смыслу, когда две субатомные частицы остаются глубоко связанными, даже если их разделяют миллиарды световых лет. Изменение в одной частице мгновенно влияет на другую частицу, независимо от расстояния между ними. В 1964 году физик Джон Белл предположил, что такие изменения могут быть вызваны и происходить мгновенно, даже если частицы находятся очень далеко друг от друга. Эта идея, известная как теорема Белла, бросила вызов устоявшимся принципам физики. Десятилетиями ранее Альберт Эйнштейн продемонстрировал, что никакая информация не может распространяться быстрее скорости света. Обеспокоенный этим противоречием, Эйнштейн назвал квантовую запутанность "жутким действием на расстоянии", пишет Space.

Что такое квантовая запутанность?

Квантовая запутанность — это когда система находится в суперпозиции более чем одного состояния. Примером может служить подброшенная монета. Вы подбрасываете монету, но не смотрите на результат. Вы знаете, что это либо орел, либо решка, но не знаете, что именно. Суперпозиция означает, что эта информация не просто вам неизвестна, а состояние орла или решки даже не существует, пока вы не посмотрите на монету, то есть не проведете измерение.

Суперпозиция нужна, чтобы понять квантовую запутанность. Это явление в квантовой физике представляет собой особый вид суперпозиции, которая включает два разделенных места в пространстве. Пример с монетой — это суперпозиция двух результатов в одном месте.

Примером квантовой запутанности может быть источник света, который испускает два фотона одновременно. Эти два фотона могут быть запутаны так, что поляризации отдельных фотонов может иметь любую ориентацию, но фотоны пары всегда имеют совпадающую поляризацию. Поляризация света зависит от электрического поля световой волны. Когда свет распространяется из одной точки в другую, его электрическое поле будет колебаться поперек этого направления распространения. Он может колебаться в вертикальной плоскости, в горизонтальной плоскости или в любом направлении между ними.

Быстрее ли квантовая запутанность, чем скорость света?

Измерение поляризации одного фотона, показывает состояние другого фотона. Но это нормально, пока измерение другого фотона происходит после первого измерения. Но тут есть проблема. Если второй фотон измеряется на Плутоне, свету может потребоваться 6 часов, чтобы добраться туда, поэтому, поскольку информация не может перемещаться быстрее скорости света, второй фотон не будет знать, в каком состоянии он должен быть. Но оказывается, что это второе измерение всегда будет соответствовать первому, независимо от того, когда оно было проведено. Похоже, что необходимая информация должна была перемещаться быстрее скорости света. Но это невозможно, ведь ничто не может перемещаться быстрее скорости света. Поэтому скорее всего это случайность, что разделенные огромным расстоянием частицы имеют схожие характеристики при измерении.

Доказали ли ученые квантовую запутанность?

Более 50 лет ученые по всему миру экспериментировали с теоремой Белла, но так и не смогли полностью проверить ее. Но в 2015 году физики провели новую проверку теоремы Белла и нашли подтверждение основной идеи. Эксперимент показал, что измерения одного фотона влияют на другой фотон в квантово запутанной паре. В прошлом году еще одно исследование показало, что Белл был прав и любая модель мира, содержащая скрытые переменные, должна также допускать влияние квантово запутанных частиц друг на друга на расстоянии

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform