Фотоны, электроны, протоны и некоторые атомы мало того, что при определённых условиях оставляют интерференционный след - такой же как от волн воды, так они ещё и умеют "притворяться простачками" - в случае, если за ними ведётся наблюдение с целью произведения измерений. Это напоминает работу движков компьютерных игр - прорисовка идёт только тех объектов, на которые смотрит игрок. Даже когда учёные попытались "обхитрить" кванты и начать наблюдение уже после того, как кванты получили волновые свойства, то сразу после начала измерений те вновь вернулись к начальному физическому состоянию!
Далее. Если атом цезия испускает два «запутанных» фотона в разных направлениях, то их состояние, из-за Закона сохранения импульса, становится взаимосвязанным. Называется это Квантовая Запутанность. Болтаются они при этом как хотят, а вот после проведения измерений хотя бы за одним из них – он начинает упорядоченное вращение, а второй мгновенно и также упорядоченно, но - в противоположную сторону. И вот попробовали в 2008 году ученые измерить время, за которое второй фотон получает информацию от первого. Разнесли их на расстояние 18 км друг от друга и начали измерение оборудование, способным заметить задержку, в 100 000 раз превышающую скорость света. Не заметили они никаких задержек…
Это несовершенство науки или мы в виртуальной реальности? Где ж тогда чит-кодов набрать? :)
В Европе отшумело Возрождение и стала появляться собственно наука физика. Сначала разделались с механикой, рычагами, шестерёнками и небесными телами. Следующим пунктом взялись за молекулы, и, к великой радости исследователей, чуть менее чем все тепловые процессы с молекулами оказались тупо механическими. Это был эпик, ЭПИК вин. Из энергии механического движения молекул с лёгкостью вытекали стимпанковские паровые двигатели, Бойли-Мариотты и циклы Карно. Это радостное состояние называлось классическая физика. Временами даже казалось, что так будет вечно и открыто уже всё.
Беда пришла откуда не ждали.
Казалось бы, зная столько всего интересного об энергии и молекулах, будет легко объяснить, почему хреновина, нагретая до тысячи градусов светится красным, а до 9000 — светло-голубым. Ан нет, на этом простейшем вопросе сломало себе мозг немало физиков девятнадцатого века. Таким образом, был обнаружен парадокс: при расчёте общей энергии электромагнитного излучения в замкнутой полости (абсолютно чёрное тело) и посыпалась вся их классическая физика. Расчёты нердов того времени показали, что если Система не врёт, то общая энергия излучения любого абсолютно чёрного тела должна быть бесконечно большой, что тут же им намекнуло, что не всё так просто. На тот момент существовало два основных закона, которыми физики пытались описать происходящее: закон Рэлея-Джинса (хорошо сходился с экспериментом в низкочастотной области, но расходящийся в бесконечность при повышении частоты), и формула Вина, которая вроде как неплохо сходилась с экспериментом, но более точная проверка показала, что при низких частотах она так же фэйлит. Ради пафоса проблему обозвали #ультрафиолетовая_катастрофа, и задумались.
Первым торкнуло Макса Планка. В 1900 году он подогнал решение задачи под ответ, фактически скрестив ужа с ежом обе вышеуказанные формулы в одну, и как бы предположил, что энергия электромагнитной волны может излучаться/поглощаться только целыми порциями, правда объяснить каким образом и почему это происходит он не озаботился. В самом деле, полость чёрного тела замкнута, поэтому в стационарном состоянии там могут существовать лишь стационарные стоячие электромагнитные волны. Чтобы так получилось, они своими узлами должны лежать на границах черного тела, а следовательно, состоять из целого числа полуволн. Смущал тот факт, что энергия основной полуволны не могла быть любой, а должна была быть кратной, по предположению Планка, некоей малой величине, а минимальная энергия, которую может нести волна, пропорциональна её частоте. Планк был первым, чей разум пострадал от квантовой физики и до конца жизни не верил в эту ересь. Однако формула работала с потрясающей точностью, и за это открытие он получил Нобелевскую премию в 1918 году. Что характерно, сначала теория Планка не вызвала у коллег особенного интереса, и лишь спустя несколько лет, когда всплыла проблема фотоэффекта, на нее, наконец, обратили внимание.
Своим открытием Планк эпично озадачил всех окружающих, включая и самого себя. У старика Максвелла никаких ступенек в теории не было, никто не понимал, почему энергия волн должна быть дискретной, за исключением того, что это работает. И проникновение в смысл постоянной Планка длилось многие десятилетия.
Красная граница
Параллельно русский учёный Столетов изучал фотоэффект — испускание (внешний фотоэффект) или перераспределение по энергетическим уровням (внутренний фотоэффект) электронов под воздействием электромагнитного излучения (проще говоря — света) с увеличением проводимости вещества. Как положено в классической физике, сила фототока зависела от интенсивности облучения (амплитуды волны). НО! Столетов догадался поменять в схеме плюс на минус и обнаружил, что если понемногу увеличивать напряжение, то фототок прекратится не сразу, а на строго определенном значении. Причём главный фокус в том, что это напряжение зависит от длины волны излучения и материала электрода (и пофиг на интенсивность света). А второе — если электрод облучали сильно красным и инфракрасным (длинноволновым) светом — фотоэффект не возникал вообще и опять же, плевать на интенсивность. Проделав это, Столетов слегка охуел, потому как согласно классической физике на частоту можно было положить, а рулила именно амплитуда-интенсивность — представим себе волны, которые размывают берег. Вдобавок, в классической физике, для раскачки и вытаскивания электрона под действием волны требовалось время, а тонкие опыты показали, что электроны выскакивают сразу.
Вопрос неприятно повис почти на пять лет.
В 1905 торкнуло уже Эйнштейна, и он нашел происходящему объяснение, за которое в 1921 получил свой Нобелевский гешефт — именно за это, а не за теорию относительности, как многие тут считают. Изучая фотоэффект, Эйнштейн решил распространить планковскую дискретную модель энергии волны на свет. Он предположил, что свет представляет собой поток микроскопических частиц (фотонов), причем энергия каждого фотона пропорциональна частоте света. В итоге Эйнштейн показал, что гипотеза Планка о дискретности энергии отражает фундаментальное свойство электромагнитных волн: они состоят из частиц — фотонов, которые представляют собой маленькие порции или кванты света.
И тут ВНЕЗАПНО всё стало еще хуже.
Волнонедарозумения
«
Признак первосортных мозгов — это умение держать в голове две взаимоисключающие мысли одновременно, не теряя при этом способности мыслить
»
— Фрэнсис Скотт Фицджеральд
Рассматривать свет состоящий из потока частиц, предложил ещё Ньютон. Ему оппонировал голландский физик Христиан Гюйгенс, утверждавший, что свет — это волна. В начале девятнадцатого века эксперименты английского физика Томаса Юнга показали, что Ньютон ошибался и свет — таки волна.
И тут появился Эйнштейн со своим фотоэффектом и фотонами-квантами. Физики (впрочем, как всегда при появлении Эйнштейна) возопили: «В рот мне ноги!». И были правы, ибо эксперименты действительно показывали, что происходит нечто странное. В самом шокирующем случае, который до сих пор приводит в трепет студентов-первокурсников, один набор инструментов показывает мир, сделанный из отдельных шариков-частиц, а те же инструменты, но расположенные по-другому, показывают мир, состоящий из энергетических волн. Любой человек, не страдающий терминальной стадией ФГМ, предположил бы, что на самом деле Х (чем бы он ни был) должен «быть» либо волной, либо частицей и не может «быть» и волной, и частицей, в зависимости от того, как мы «смотрим» на этот X. Некоторое время физики даже говорили, как бы в шутку, но в то же время с долей отчаяния, о «волночастицах».
В 1923 молодой французский аристократ, князь Луи де Бройль предположил, что корпускулярно-волновой дуализм свойственен не только фотонам, но и любой микрочастице. Это принесло ему эту вашу Нобелевскую премию 1929 года и степень доктора философии(!)[1]. Таким образом, ВНЕЗАПНО выяснилось, что масса должна иметь и волновое воплощение, и, соответственно, окружающая нас материя это и волны, и частицы одновременно, а несогласные идут лесом. Учёные продолжали восклицать: «Что за фигня?», но уже не вслух, а самые хитрые даже сделали вид, что всё поняли.
Дело в том, что волны и частицы суть лишь приближение и попытка математическими средствами понять окружающую нас реальность. Так что на самом деле все гораздо сложнее и никто не может и не сможет сказать толком что на самом деле нас окружает, кроме сами знаете кого. Чтобы не сломать мозг сразу, мой маленький мохнатый друг, можешь считать так:
пока свет летит в пространстве, он ведет себя как волна — подвергается интерференции, дифракции, имеет поляризацию и т. д. Фотон-фотонного взаимодействия не существует (точнее, оно таки возможно, но в не слишком сильных полях им можно пренебречь), а теория Максвелла — линейна.
а вот когда свет (и любое ЭМ излучение) взаимодействует с веществом, излучается или поглощается — его приходится считать потоком частиц и квантовые эффекты показывают свой звериный оскал. Простейший случай — рассеяние фотонов на электрончиках (Эффект Комптона).
Собственно сабж
«
Известный физик П. Эренфест обучил своего цейлонского попугая произносить фразу: «Aber, meine Herren, das ist keine Physik». Этого попугая он предлагал в качестве председателя в дискуссиях о новой квантовой механике в Геттингене.
»
— Байка
Другая проблема возникла в 1911 году, когда расовый британский учёный Резерфорд открыл, что атом почти пустой, а ни разу не Томпсоновская булка с изюмом, как думали раньше. Атом состоит из мелкого ядра, на большом (относительно размера ядра) расстоянии от которого нещадно носятся электроны (планетарная модель атома). Открытие было настолько диссонирующим, что Резерфорд молчал в тряпочку аж джва года, произведя 9000 измерений, повторных измерений, проверок измерений и проверок проверок измерений. Дело в том, что согласно электродинамике, электрон на орбите обязан излучать (движение по любой замкнутой траектории по определению ускоренное, что приводит к возникновению излучательных членов в уравнениях Максвелла), и как следствие — терять потенцию, постепенно падая на ядро. А это означает, что наш мир не имеет права на существование и уже вот прям щаз, через десять наносекунд всему миру должен наступить лютый, яростный, негроебический, леденящий душу конец. Но тут пришел Нильс Бор — ученик, кстати, и подмастерье Резерфорда — и сказал, мол, давайте мы не будем выпендриваться, а предположим, что чего-то ещё не знаем, и пипец пришлось отложить на неопределенное время.
Для объяснения структуры атома Бор в 1913 году предположил существование стационарных состояний электрона, в которых электрон не излучает, а его энергия может принимать лишь дискретные значения. Этот подход, развитый Арнольдом Зоммерфельдом и другими физиками, часто называют старой квантовой теорией (1915—1924). Отличительной чертой старой квантовой теории является сочетание классической теории с противоречащими ей дополнительными предположениями.
В 1925—1926 годах были заложены основы последовательной квантовой теории, в виде квантовой механики, содержащей новые фундаментальные законы кинематики и динамики новый матан.
Сферический квантмех в вакууме
С уравнением Шрёдингера статья смотрится умнее, чем она есть. Парадоксально, но запиливший основы квантмеха Шрёдингер считал бредом как идеи Бора о «внезапных квантовых скачка́х, подчиняющихся законам вероятности», так и «q-числа» Гейзенберга. Он жаждал, наперекор Бору, поставить идеи волн материи на прочную объективную основу.
Formula Shredingera.png
Пытаясь родить формулу, Шрёдингер едва не убил себя апстену в процессе проб и ошибок. Эрвина интересовал «принцип наименьшего энергетического пути» aka «принцип наименьшего действия Гамильтона» — если шарик запустить по кривой и наклонной поверхности, путь его будет проходить по траектории с наименьшим действием (это интеграл от функции Лагранжа вдоль траектории). То же верно как в отношении волны света, распространяющейся в неравномерной оптически среде, так и для электрического тока.
Шрёдингер отметил, что формула описывает именно этот принцип для распространения волн. Первоначально порождённый сабж был поименован «волновой механикой», в результате позднего скрещивания которой с КМ Бора и Планка, а также с «матричной механикой» Гейзенберга, в 1925 родилось современное, нерелятивистское понятие «квантовой механики».
Надо отметить, что Бор, по-видимому, терпеть не мог Альбертушку (в научном смысле, естественно, ибо IRL они были закадычными корешами), выкупив самую суть поциэнта после того, как тот на одной из научных конференций зарядил: «Мне трудно представить что Бог в каждый момент думает, куда должен полететь электрон»[2] — вообще-то на научных конференциях как бы не принято аргументировать свою позицию видениями. Эйнштейна после этого к квантам старались не подпускать… Но не удалось.
Принцип неопределённости Гейзенберга
«— Что читаешь?
— Квантмех
— А почему книга вверх ногами?
— А какая разница?»
Принцип Гейзенберга вообще играет в квантовой механике ключевую роль хотя бы потому, что у него фамилия такая достаточно наглядно объясняет, как и почему микромир отличается от знакомого нам материального мира.
Подробнее:
В обычном мире, измеряя положение и скорость тела в пространстве, мы на него практически не воздействуем. Таким образом, в идеале мы можем одновременно измерить и скорость, и координаты объекта абсолютно точно (иными словами, с нулевой неопределённостью, подробнее тут). В мире квантовых явлений, однако, любое измерение воздействует на систему (поскольку само измерение происходит тоже при помощи квантов, взаимодействующих с измеряемой частицей). Сам факт проведения измерения, например, местоположения частицы, приводит к изменению её скорости, причем непредсказуемому (и наоборот).
На самом деле, если удастся с нулевой погрешностью (абсолютно точно) определить одну из измеряемых величин, неопределённость другой величины будет равняться бесконечности и о ней не будет известно вообще ничего. Иными словами, если бы нам удалось абсолютно точно установить координаты квантовой частицы, о её скорости мы не имели бы ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы понятия не имели, где она находится.
Казалось бы, при чем тут батхёрт? Тем не менее, некоторые выводят из принципа неопределённости довольно любопытные теории (см. ниже).
Корпускулярно-волновой дуализм
«…в теоретической физике нам удается объяснить то, что мы уже не можем себе представить»
— Лев Давидович Ландау
Срачу на тему, является свет волной или частицей, в обед исполнится 400 лет. Начался он ещё при жизни Ньютона, который считал, что таки частица, и запилил весьма винрарную для своего времени теорию света на корпускулах. Оппоненты его, например Гюйгенс, запилили не менее винрарные штуки на тему «таки волна», но под довлением авторитета тусовка считала свет частицами. Продолжалось так лет сто с хвостиком, до начала XIX века, когда Юнг поставил свой двухщелевой опыт, а Френель дополнил теорию Гюйгенса. В классическом опыте свет проходит через две щели и падает на экран, где появляются тёмные и светлые интерференционные полосы. Это можно объяснить тем, что в некоторых местах световые волны взаимно усиливаются, а в других — гасятся. «Вот оно чо, Михалыч», — решила тусовка, и свет стали считать волной в эфире, без вариантов. Пока Планк — ещё почти через век — не придумал кванты, чтобы вывернуться из ультрафиолетовой катастрофы, а Эйнштейн с помощью этих самых квантов не объяснил аномальный фотоэффект. Тусовка не задалась очевидным вопросом «Что это за туда-сюда?», а стала ботанить тему «А что из этого следует?». Тут весьма кстати подвернулся Де Бройль, в порыве озарения заявивший, что не только свет есть одновременно волна и одновременно частица, но и вообще всё, например электрон. ИЧСХ, посчитал длину его волны.
В середине 20-х годов прошлого века Дэвиссон и Томпсон независимо друг от друга дерзнули запульнуть поток электронов в волшебные кристаллы. Длина волны электрона оказалась настолько маленькой, что роль дифракционной решётки могла играть лишь периодическая структура кристаллов. И — о волшебство! — на экране дифракционная картинка появилась. Собственно говоря, удивился мало кто, сторонники квантмеха продолжили пилить для него матан, в чем им помогали противники: помимо Эйнштейна, герр Шрёдингер, придумавший уравнение и кота, чтобы потроллить оппонентов. Уравнение пришлось к месту, а по котам тогда не фанатели так, как при развитом Интернете.
И допилились вот до чего. Представим классический опыт Юнга с двумя щелями. «А что будет, если поставить детекторы частиц возле каждой из щелей и попробовать поймать куски кванта и его кости при его прохождении через обе щели?» В этом случае, по квантмеху, квант будет всегда пойман выходящим из одной щели, но никогда из обеих (что логично, если учесть, что квант неделим по определению). И да, интерференционная картина на экране при этом исчезает, заменяясь на нормальное распределение. Но и это ещё не все — следите за руками! Что будет, если установлен только один детектор возле одной из щелей? Даже если квант не был пойман детектором (пролетел через другую щель), интерференция на экране всё равно исчезает (то есть квант «узнал», что его меряют у другой щели, и отказался интерферировать с запомоенной своей «частью», хитрожопо поведя себя как частица, а не как волна).
И, дабы окончательно добить нервно курящих в сторонке Кэпа и здравый смысл: если провести наблюдение, когда квант уже прошёл через щели, но ещё не попал на экран, хитрый квант опять, как при запуске, становится частицей. Квант ведёт себя так, будто вернулся в прошлое (sic!) и прошёл не через две щели, а только через одну, как будто никогда и не проявлял свойств волны (подробнее луркать по запросу «эксперимент с отложенным выбором»). Правда, оставался вариант, что в опытах Дэвиссона и Томпсона электроны каким-то хитрым образом взаимодействуют друг с другом, что в результате даёт нечто, похожее на волну. В 1947 году товарищъ В. А. Фабрикантъ научился стрелять сигареты электроны строго по одному через кристалл. Отдельный электрон пролетал и попадал куда-то в экран. Потом второй, потом третий… Потом 100500-й… И на экране, снова как по мановению волшебной палочки, возникала дифракционная картинка. Но всем было пофиг, ибо и так уже было ясно, что интерференция света наблюдается даже на не особо монохроматическом свете, где каждый фотон чуть-чуть да отличается от других длиной волны и фазой. А значит, интерференционные полосы есть результат взаимодействия фотонов с самими собой, а не с соседями. Поэтому Дэвиссон и Томпсон нобелевскую премию получили, а Фабрикант — нет.
Чтобы как-то починить капитану шаблон, придумали мантру «существует как волна, а взаимодействует как частица».
Стоит помнить, что чем больше система, тем выше её подверженность внешним воздействиям. В крупных комплексных системах, состоящих из многих миллиардов атомов, декогеренция (процесс переведения суперпозиции в смесь) происходит почти мгновенно, и поэтому широко известный всем кот Шрёдингера не может быть одновременно мёртвым и живым на каком-либо поддающемся измерению отрезке времени.
Вероятностный характер предсказаний и роль наблюдателя в природе
«Можно доказать, что Луна не существует, когда на неё никто не смотрит»
— Н. Дэвид Мермин
Принципиальное отличие квантовой механики от классической состоит также в том, что её предсказания всегда имеют вероятностный характер. Это означает, что мы не можем точно предсказать, в какое именно место попадает, например, электрон в рассмотренном выше эксперименте, какие бы совершенные средства наблюдения и измерения ни использовали. Можно оценить лишь его шансы попасть в определённое место, а следовательно, применить для этого понятия и методы теории вероятностей, которая служит для анализа неопределённых ситуаций.
В квантовой механике любое состояние системы описывается с помощью так называемой матрицы плотности, но, в отличие от классической механики, эта матрица определяет параметры её будущего состояния не достоверно, а лишь с той или иной степенью вероятности. Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределённости результатов измерения и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего. Иными словами у некоторых товарищей появился повод, улюлюкая, прогнать ссаными тряпками ненавистного им демона Лапласа, который убивал всю их философию.
Это в комбинации с принципом неопределённости Гейзенберга, а так же другими мозговыносящими теоретическими и экспериментальными данными заставило некоторых учёных положить на классическую физику МПХ и уехать в горы пасти баранов и предположить, что у микрочастиц вообще нет никаких внутренних свойств и они появляются только в момент измерения. Те нерды, которых торкнуло на почве квантмеха особо сильно, предположили, что роль сознания экспериментатора для существования всей Вселенной является ключевой, поскольку, согласно квантовой теории, именно наблюдение создаёт или частично создаёт наблюдаемое.
Другие же нерды, будучи не в состоянии смириться с тем, что все работает, но никто ничего не понимает, усиленно пилили так называемые «Теории скрытых параметров». Суть таких теорий заключается в обратном предыдущему предположению: предполагается, что вероятностный характер предсказаний вызван некими внутренними свойствами частиц, которых мы не знаем, а если бы знали — то смогли бы хотя бы объяснить, почему так происходит. Дело в том, что квантовая механика, в чистом ее виде — это наука о движении электрона и только о нем. Ни о каких внутренних свойствах наблюдаемых частиц по ней судить нельзя. Например, над проблемой зарядовой плотности электрона до сих пор ломают головы сотни ученых по всему миру. Отсюда и происходит вопрос «А как оно там, внутре, устроено?». Простейшие из этих идей были помножены на ноль неравенством Белла и его экспериментальным подтверждением (см. ниже).
Квантовая нелокальность
«Если квантовая механика вас не потрясла до глубины души, значит, вы её еще не поняли.»
— Нильс Бор
Свойство нелокальности квантовой теории вызывает существование корреляций между состояниями запутанных подсистем исходной системы, на каких бы расстояниях друг от друга они ни находились. Поэтому появляется возможность мгновенного определения квантового состояния в одном месте на любом расстоянии путём измерения запутанного с ним состояния в другом месте и, соответственно, его передача с бесконечной скоростью — квантовая телепортация.
Хоть связанные кванты и коррелируют мгновенно, но передать полезную информацию таким волшебным образом всё-таки невозможно (фанаты научной фантастики плачут кровавыми слезами). На то, чтобы измерить квантовое состояние и сопоставить с измерениями другого связанного кванта, нужно потратить время и воспользоваться вполне обычными средствами связи. Тем не менее, сам факт того, что две частицы, разнесенные на сколь угодно большое расстояние способны, хоть и особым образом, но мгновенно влиять друг на друга, заставил некоторых ученых не единожды сломать свою психику.
Говоря по-человечески, это аналог того, как если мы запускаем на двух компьютерах в один и тот же момент один и тот же генератор случайных чисел, но результаты последнего умножаем на минус один. Соответственно, куда бы мы ни отнесли второй компьютер, по его случайным числам случайные числа первого легко восстановимы. Но, поскольку числа являются случайными, невозможно их осмысленно передавать ни в ту, ни в другую сторону.
В этом месте шаблон разорвался даже у Эйнштейна, и начался небезызвестный в научных кругах холивар.
Решение было найдено в виде теоремы запрета клонирования.
«Я, должно быть, похож на страуса, который все время прячет голову в песок относительности, чтобы не смотреть в лицо гадким квантам.»
— Альберт Эйнштейн
Эйнштейн vs квантовые механики
Итак, Эйнштейн недолго гордился тем, что вынес окружающим моск своей теорией относительности. Как известно, в своей мегатеории дедуган выпилил ньютоновскую классическую механику в пределах макромира, заменив её на нечто более точное, и вполне мог бы до пенсии называть всех окружающих пидарасами, но тут внезапно под него начали копать. Другие ботаны с не меньшим рвением приступили к созданию квантовой механики, что в итоге заставило браться за голову и восклицать: «Whatta hell?» уже самого Эйнштейна.
Когда родилась квантовая механика, то даже её создатель Макс Планк так и не принял в глубине души всей причудливости этой науки. Эйнштейн же попросту считал сабж абсурдной теорией, называл его «безумием». Кризис восприятия был так велик, потому что с появлением квантмеха под ногами физиков полностью пропала опора в виде наглядных схем и понятных интерпретаций. Физика чем дальше, тем больше становилась математикой, то есть формульной абстракцией, которую иногда даже невозможно проверить опытным путем, причем формулы порой выдавали попросту абсурдные решения.
Так родился самый настоящий квантосрач, в ходе которого именитые учёные виртуозно троллили друг друга в самых различных диапазонах толщины, а кто ни шиша не понимал в квантовой механике, попросту запасался попкорном.
На стороне Эйнштейна и Правды люто, бешено сражались такие физики, как Планк и Шрёдингер, а Главгадом от аццкого квантмеха со всем его блекджеком и шлюхами выступал Нильс Бор, а также Гейзенберг, Борн, Ландау, Йордан и прочие жители страны эльфов учёные с расширенным сознанием.
Суть квантосрача состояла в ответе на вопрос, действительно ли миром правит принципиальная неопределённость или же мы просто не знаем некоторых свойств микрочастиц, которые (если бы их можно было измерить) позволяли бы стопроцентно предсказать поведение квантов в каждой конкретной ситуации.
В 1935 году Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном написал статью «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?», в которой описал мысленный эксперимент, который впоследствии был назван парадоксом Эйнштейна—Подольского—Розена (ЭПР-парадокс).
Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, нет возможности измерить одновременно координату частицы и её импульс. Предполагая, что причиной неопределённости является то, что производя измерение одной величины, вносятся принципиально неустранимые возмущения в её движение и искажение значения другой величины, можно предложить гипотетический способ, которым соотношение неопределённостей можно обойти.
Если взять две одинаковые частицы, образовавшиеся в результате распада третьей частицы, то в этом случае их импульсы должны быть связаны. Это даёт возможность измерить импульс одной частицы и по закону сохранения импульса рассчитать импульс второй, не внося в её движение никаких возмущений. Поэтому, измерив координату второй частицы, можно получить для этой частицы значения двух неизмеримых одновременно величин, что по законам квантовой механики невозможно. Исходя из этого можно заключить, что соотношение неопределённостей не является абсолютным, а законы квантовой механики являются неполными и должны быть в будущем уточнены.
Вброс оказался удачным, Бор завис, но ненадолго. И выдал, в свою очередь, что в данном случае мы обязаны анализировать эти две частицы не как независимые, а как единую квантовую систему. Поэтому, измеряя скорость одной частицы, мы влияем и на другую. И происходит коллапс общей волновой функции. Эйнштейн назвал это кошмарным дальнодействием.
В результате холивар перешел в стадию латентной педерастии, когда все остаются при своем мнении, но не имеют веских аргументов. Над обоими лагерями оппонентов нависла зловещая Жопа, и только экспериментальная проверка могла показать, кто кого (и на чём) будет вертеть. Но, ко всеобщему счастью, в то время ещё никто не знал, как провести такой эксперимент. Срыв покровов был отложен на неопределённое время.
Неравенство Белла
В 1951 году физик с клоунским именем Бом придумал хитрый план по постановке эксперимента. В 1964 году другой физик Белл, используя очередной матан, вывел неравенство имени себя, которое позволило формализовать поставленную задачу и наконец решить, кто же из всех д'Артаньян. Как водится в таких случаях, понимали это неравенство немногие, но если и понимали, то объяснить никому не могли. Тем не менее благодаря этой штуке становилось возможным в эксперименте получить определённую величину, описывающую корреляции между удаленными измерениями, и на её основе сказать, имеет ли смысл описывать квантовые явления вероятностно или детерминированно, положив-таки конец квантосрачу.
Основная идея сего эксперимента заключается в следующем: в квантмехе система спутанных частиц описывается так, что, вопреки постулатам теории относительности о предельной скорости света, между ними сохраняется мгновенная взаимосвязь сквозь время и пространство. В неравенстве Белла, хитро покрутив установки, можно было выяснить, действительно такая мгновенная взаимосвязь имеет место или же систему можно описать с позиций только одного лишь близкодействия — то есть в предположении, что частицы после разлёта могут влиять друг на друга исключительно с досветовым запозданием. Красота неравенства Белла в том, что оно строго математически позволяет отсечь любой класс основанных на близкодействии теорий — если опыт покажет те положения, которые предсказываются квантмехом.
Свежие комментарии