4 октября 2022 года Шведская королевская академия наук решила присудить Нобелевскую премию по физике 2022 года Алену Аспе из Парижа, Джону Ф. Клаузеру из Калифорнии и Антону Цейлингеру из Вены «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику».
У вопроса, на который отвечали ученые, богатая история. Обрисуем ее крупными мазками.
Спор Эйнштейна и Бора
Вопрос о реальности квантовой механики был поднят спором Альберта Эйнштейна и Нильса Бора в 1927 году на пятом Сольвеевском конгрессе.
Сольвеевсий конгресс - конференция по физике и химии в Брюсселе. Любопытно, что в 2014 году такой конгресс был посвящен астрофизике, как и Нобелевские премии 2019 и 2020 годов, а в 2022 году и конференция и премия были посвящены квантовой механике. Темы микро мира и макро мира чередуются в фокусе научных наград.
Все предопределено
До квантовой механики, вселенная физики была безгранично предсказуема: стоит узнать закон природы и начальные условия, как ученому становится известно будущее и прошлое объекта в любой момент времени. Начальные условия могут быть измерены тоже в любой момент времени: узнал условия на старте вселенной и получил всю ее историю до самого конца. Удобно.
Даже уравнения детерминированного хаоса, такие как задача трех тел или предсказание погоды тоже имеют решения, хоть и не общее. Хаотические вычисления экспоненциально чувствительны к начальным условиям, что затрудняет реальные предсказания, но не вносят настоящий непредсказуемый хаос в физику.
Двадцатый век Планк представляет
Однако, двадцатый век сказал: «забудьте все, чему вы научились раньше». Четко по календарю в 1900 году Макс Планк предполагает квантовую природу света, через 5 лет Альберт Эйнштейн объясняет откуда свет берется - излучается электронами в виде порций - «квантов» и существует только в таком виде. В 1923 году Луи де Бройль в заметке «Волны и кванты» предлагает квантовую волну, которую описывает Эрвин Шрёдингер одноименным уравнением в 1925 году. Решением уравнения стала волновая функция, и когда у физиков спросили: «что же в ней волнуется?», ответ «вероятность» многим не понравился.
В мире больших масштабов мы встречаем ужасающие и загадочные явления - всепожирающие черные дыры, невидимые силы, раздвигающие границы вселенной и гравитационные аномалии, сгребающие галактики в кучу, как песчинки. Все эти вещи непонятны, но вообразимы. А волны вероятности и представить нельзя, это математическая абстракция.
Лидером недоверия чистой непредсказуемостью оказался один из ее соавторов. Эйнштейн предположил, что существуют скрытые параметры, узнав которые все таки можно предсказать точное положение и импульс частиц.
Реализм
«Что есть реальность и как ее определить?» - основной вопрос науки, философии и всего. Но у физиков «реализм» - это предположение о том, что наблюдаемые свойства были у объекта наблюдения, как минимум, до самого наблюдения, а как максимум - всегда. Сам факт наблюдения ничего не меняет. Мы видим луну круглой и желтой и надеемся, что она такой и была секунду назад, а не имела все возможные формы и цвета, пока мы на нее не обратили внимание.
Однако, в Копенгагенской интерпретации квантовой механики «реализм» нарушается. Электрон находится во всех возможных состояниях, обходит препятствие и справа и слева одновременно и сталкивается сам с собой за ним. А если понаблюдать, куда точно он отправился, результат опыта меняется - поведение становится классическим. Именно этот эффект называют «нарушением реализма» квантовой механикой. Он подтвержден множеством опытов с «двойным путем». Впервые для одиночного электрона такой опыт проведен в 1949 году советскими учеными Валентином Фабрикантом, Николаем Сушкиным и Леонидом Биберманом.
Получается, что пересекая некую масштабную черту законы физики меняются на противоположные, а это, как минимум, подозрительно.
ЭПР-парадокс
Споры не утихали и в 1935 году Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен сформулировали ЭПР-парадокс, который должен был опровергнуть принцип неопределенности Вернера Гейзенберга. Принцип Гейзенберга заключается в том, что измерить импульс и положение частицы точнее некоторой величины нельзя. Можно представить, что измеряя один параметр само измерение меняет другой (это лишь один из вариантов интерпретации такого принципа, сейчас не популярный). В таком случае неопределенность легко обойти. Если две частицы стали результатом распада третьей, то их суммарный импульс известен. Можно измерить импульс у одной частицы, а координату у другой, тогда неопределенность пропадет.
Но в квантовой механике так нельзя. Чтобы неопределенность сохранялась, когда мы измеряем что-то у одной частицы, она должна сообщить это второй и та в свою очередь добавляет неопределенность чужого измерения, словно это делали с ней.
Квантовая запутанность и нелокальность
Размышляя о ЭПР-парадоксе в 1947 году была сформулирована концепция квантовой запутанности. И сделал это главный критик всего квантового - сам Альберт Эйнштейн в одном из многочисленных писем Максу Борну.
Запутанные частицы, словно делят одно состояние на двоих. Когда они находятся во всех возможных состояниях и взаимодействуют сами с собой, то делают это вместе. Стоит одной частице определиться с квантовым состоянием, как это делает и вторая - мгновенно, быстрее скорости света и даже в прошлом, если нужно.
С момента появления специальной теории относительности в 1905 году все законы физики должны были действовать на все что угодно с конечной скоростью - в пределах скорости света в вакууме. Все что могло повлиять на наше состояние сейчас должно находиться в световом конусе прошлого, а не в любом месте пространства и времени. Только в этом случае имеют смысл понятия «причина» и «следствие», да и вообще возможно хоть как-то разобраться что на что влияет, то есть возможна наука в глобальном смысле. Физики назвали это свойство вселенной «локальностью».
Квантовая запутанность не только нарушает локальность, но и другие стандарты красоты для сил и полей. Запутанность действует избирательно, никак не затрагивая частицы вокруг связанной пары. Так же нарушение локальности не зависит от расстояния, а все известные взаимодействия зависят: гравитационное и электромагнитное убывают с расстоянием, а сильное и слабое взаимодействия сначала растут, а потом пропадают. Этот конфликт поведения - величайшая проблема физики на данный момент.
Неравенства Белла
В 1964 году сотрудник Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) Джон Стюарт Белл перевел спор с уровня мысленных экспериментов к гипотезе, проверяемой реальным измерением в статье «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена».
Идея эксперимента - взять запутанные частицы, например электроны и увезти в две лаборатории подальше друг от друга. Спин у электрона +/- 1/2. Это такой магнитный эквивалент вращения для частиц. Его можно определить магнитом: частицы с одним спином полетят к южному полюсу, а с противоположным - к северному. Измерение спина одного из запутанных электронов «вверх» должно привести к измерению у другого «вниз».
Но такой опыт не устраивает критиков. Если у электронов был скрытый параметр до отправки в разные лаборатории, они могли сохранить его и как бы заранее договориться, что один пойдет вверх, а второй вниз. Белл придумал, как перехитрить критиков и квантовые трудности на основе статистики.
Обе лаборатории вращают свои магниты и случайным образом выбирают три оси, вдоль которых измеряют спины. Теперь электроны не могут заранее договориться о направлениях, потому что сами ученые их заранее не знают.
Теперь остается только сравнить вероятность получить совпадающие по направлению спины в классическом случае со скрытыми параметрами и в квантовом, где связь между разделенными частицами существует постоянно. В первом случае это 67 %, а во втором - вероятность зависит от угла между осями и при 120 градусах это 75 %. Разница измеряема, но это потребует сложного оборудования.
В 1969 году был предложен первый вариант эксперимента, проверяемый на оборудовании своего времени. Потребовалось много вариантов чтобы довести схему эксперимента до высокой точности и исключить возможность передачи информации между частицами классическим способом. В 1982 году квантовая запутанность была экспериментально подтверждена, а в 2010 году американец Джон Клаузер, француз Ален Аспе и австриец Антон Цацлингер стали лауреатами премии Вольфа по физике. В многострадальном 2022 году они стали лауреатами Нобелевской премии по физике, что отражает не только удачное проведение экспериментов, но и многолетний вклад в науку и окончание спора, длившегося 95 лет. Спор закончился, а проблемы остались.
Нобелевские эксперименты
Джон Клаузер
Первый эксперимент по проверке неравенств Белла провели молодые постдок Джон Клаузер и аспирант Стюарт Фридман Калифорнийского университета Беркли в 1972 году. Неравенства нарушались, но желаемая степень нарушения не была достигнута по техническим причинам.
Эксперимент повторили Дик Холт и Френк Пипикин в Гарварде и результат был противоположным: не было измерено нарушения неравенств Белла.
В 1976 году Клаузер ставит второй эксперимент с достижением требуемой точности, которую после не удалось повторить в других экспериментах.
Результат все еще не устроил критиков. Лазейка для «договоренности» между частицами заключалась в том, что положение источника частиц и детектора фиксировалось заранее, при монтаже оборудования. То есть, фотоны подозревали в сговоре с механиками. Нужно было выбрать направление детектора уже после начала движения фотона, чтобы не оставить ему шансов мухлевать.
Ален Аспе
Новый эксперимент был проведен Аленом Аспе в 1982 году в научно-техническом центре Париж-Сакле. В качестве запутанных частиц использовались фотоны, испускаемые атомами кальция. Атом возбуждали криптоновым лазером, а затем он испускал для фотона, что удобно для опыта.
Фотоны сначала попадают на оптические переключатели, где они могут либо передаваться на поляризаторы и детекторы, либо отражаться и чуть дольше лететь на другой набор поляризаторов и детекторов. Поляризаторы выполняют ту же роль что и магниты в эксперименте с электронами. Фотоны в суперпозиции поляризованы в разных направлениях одновременно, пока не произошло измерение на одном из них. Переключатели срабатывают случайно раз в 10 наносекунд, а длина пути до второго набора больше чем до первого. Фотоны не могли «знать» что с ними произойдет, ведь этого никто не знал.
Однако, эффективность детекторов все еще считалась не высокой и были вопросы к счетчику совпадений. Информация о совпадении направлений передралась на один прибор. На этот раз фотоны подозревали в сговоре с этим прибором. Кроме того, случайность переключений поляризатора исходила из звукового генератора, а это не истинная случайность.
Антон Цайлингер
Эксперименты с запутанными фотонами продолжались много лет и идут до сих пор. Однако, поворотным считается эксперимент 1998 года, который провел Антон Цайлингер в Институте экспериментальной физики Инсбрукского университета в Австрии. Технологии позволили сделать пролет фотонов гораздо дольше по времени, использовать «истинную», то есть квантовую вероятность для переключателей и независимые детекторы, синхронизированные по атомным часам. Вот теперь фотонам точно не с кем быть в сговоре?
Критики заподозрили фотоны в сговоре с со своими соседями, предположив ошибку выборки. В детекторы попадаюсь не все излучаемые фотоны, а только часть. Вдруг мы уловили чисто случайно только «плохих мальчиков», которые на зло физикам нарушали неравенства Белла, а остальным «нормальным» фотонам позволили уйти?
Эту возможность назвали «лазейкой выборки».
Эксперименты 2015 года
В 2015 году сразу три группы ученых провели эксперименты, закрывающие «лазейку выборки» для запутанных частиц. Марисса Джустина (при участии Антона Цайлингера и множества других ученых) в Институте квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук провели «Проверку теоремы Белла без существенных лазеек с запутанными фотонами». Линден К. Шалм (и множество коллег) провели «Сильный эксперимент на локальный реализм без лазеек» тоже на фотонах в Национальном институте стандартов и технологий США (с участием множества других институтов). Бас Хансен (и многие другие) поставили эксперимент «Нарушение неравенства Белла без лазейки с помощью спинов электронов, разделенных 1,3 километра» в Делфтском техническом университете в Нидерландах.
Эксперимент Хансена уже относится к квантовой коммуникации. В двух твердых телах электрон запутывается с фотоном. Два фотона из разных тел встречаются в точке между твердыми телами и запутываются сами, перенося запутанность изначальным электронам.
Стало быть, мы закрыли все «лазейки» и даже почти создали квантовое радио?
Фотону и электрону действительно не с кем договариваться о результате опыта, но мы для доказательства квантовых явлений использовали квантовую вероятность. Что если проблема в ней? Новая «лазейка» возвращает нас к самому началу спора Эйнштейна и Белла: что если чистая вероятность волновой функции принципиально не случайна, но это невозможно определить опытами? Хотелось бы создать случайную величину неквантовым способом, чтобы проверить квантовую.
Закрытие лазейки истинной случайности
Проект «Большой эксперимент Белла» в 2016 году попросил 100 тысяч добровольцев сыграть в онлайн-игру. Случайные числа на основе результатов игры были направлены в 12 лабораторий на пяти континентах, где 13 экспериментов зафиксировали нарушение локального реализма с использованием фотонов, одиночных атомов, групп атомов и сверхпроводящих устройств.
В 2018 году международная команда использовала свет от двух квазаров, использовав спектральные данные в качестве случайных числе для управления переключателями в эксперименте. Один квазар образовался примерно восемь миллиардов лет назад, а другой двенадцать миллиардов лет назад. Эти объекты могли обменяться информацией только 7,8 миллиардов лет назад. Неравенства Белла снова были признаны нарушенными.
Таким образом, если допустить возможность существования скрытых параметров для квантовой вероятности, то эти параметры управляют умами геймеров по всей Земле и тратят по пол жизни вселенной чтобы испортить один эксперимент физикам. На этом моменте критики признали себя параноиками и в общем и целом были удовлетворены результатами экспериментов.
И все таки, она не настоящая
Квантовая механика реальна в нашем мире и это доказано? Да, но…
Волновая функция частицы ненаблюдаема, это чистая математика, а не физика. Она определена не в нашем физическом (трех или четырех мерном, смотря как считать) пространстве, а в конфигурационном пространстве, где число измерений зависит от чиста точек.
Кроме того, все чудесные квантовые явления работают только если частица маленькая и ее в начале никто не наблюдает, а когда нужно произвести измерение ее наблюдает большой классический измерительный прибор. В чем критерий между большим и меленьким? Как работала квантовая механика в ранней вселенной, когда не было ничего большого и классического?
Копенгагенская интерпретация отвечает на все подобные вопросы словами Дэвида Мермина «Shut up and calculate» («Заткнись и считай»). То есть, непонятно что именно происходит с частицей между измерениями, непонятно что такое «измерение», что такое «коллапс волновой функции» во время измерения и как долго он длится?
Копенгагенская интерпретация ничего не объясняет, то есть не интерпретирует вычисления в принципе. Есть другие версии, с объяснениями всех сортов шизофрении. У них может быть даже другая математика, но абсолютно те же самые предсказания результатов экспериментов. А там где нет разводящих экспериментов остается чистая схоластика.
Однажды мы сделаем экскурс по палатам с мягкими стенами со всеми видами квантовой философии, но это будет уже не физика.
О чем мы не сказали
Ради читаемости и целостности статьи пришлось упустить несколько серьезных поворотных моментов в физике микромира:
В 1932 году Джон фон Нейман доказал что квантовую механику невозможно дополнить скрытыми параметрами, как предлагал Эйнштейн, а так же написал «Математические основы квантовой механики»;
В 1957 году Хью Эверетт предложил «многометровую интерпретацию» квантовой механики, в которой частица взаимодействует не сама с собой, а с двойниками из других вселенных;
В 1960 году Дэвид Бом опубликовал еще одну интерпретацию квантовой механики: «квантовую теорию с нелокальными скрытыми переменными», так же известную как «Бомовская» или «пилот-волновая»;
Передачу информации основанную на запутанных частицах называют «квантовой телепортацией», первый эксперимент поставлен Антоном Цайлингером в 1997 году;
В 1999 году Юн-Хо Кимом из Южной Кореи, Ронгом Ю., Сергеем Куликом из МГУ и Яньхуа Ши японцем из Мэрилендского института в США проведен эксперимент «квантовый ластик с отложенным выбором», передающий информацию в прошлое. Можно ли таким образом писать себе сообщения в детство пока непонятно;
Физики весьма неуверенно считают что квантовая механика не нарушает напрямую теории относительности и их симбиоз возможен, а так же скептически настроены по поводу квантового радио;
Наблюдателей в опытах принято называть Алиса и Боб, поэтому в англоязычном интернете ходят шутки о квантовой связи Алисы в зазеркалье Кэррола и Боба Марли.
Этим темам стоит посвятить отдельные циклы статей и выступлений, чем мы неизбежно займемся однажды.
Комментарии (64)
leonid_m_kim
00.00.0000 00:00+2я правильно понимаю, что публикация Бома (circa 1960 etc) опровергает публикацию фон Неймана (1932) ?
Physics-for-Humanities Автор
00.00.0000 00:00+1Вопрос к тому что считать реальностью. Модели Бома и фон Неймана разные. На сколько я знаю, ни для многомировой интерпретации, ни для бомовской нельзя поставить разводящий эксперимент, точно отличающий их от копенгагенской. По крайней мере, пока никто такой не предложил.
Yermack
00.00.0000 00:00+3Публикацию фон Неймана еще в 35-м опровергла Грета Герман. Про Бома можно на хабре почитать https://habr.com/ru/post/508514/
phenik
00.00.0000 00:00+2Публикацию фон Неймана еще в 35-м опровергла Грета Герман
Еще одна из череды женщин науки получивших признание «потом». Не знал о таком факте.
qbertych
00.00.0000 00:00+1Ну что ж вы не рассказали ни про вклад Цайлингера, ни про принципиальную разницу подходов Клаузера и Аспе (Aspect по-русски будет именно так).
И даже в текущем виде текст не помешало бы сначала вычитать.Physics-for-Humanities Автор
00.00.0000 00:00+2Статья и так получилась нагруженной. Если первая волна читателей скажет что им все понятно и можно добавить деталей, сделаю вторую ревизию.
Dmitry_Dor
00.00.0000 00:00+2Если первая волна читателей скажет что им все понятно
«Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, значит вы её не понимаете» (©Р.Фейнман)
Physics-for-Humanities Автор
00.00.0000 00:00Опрошенные читатели заявили о том что все понятно и добавил в статью деталей о разнице в экспериментах
jamiederinzi
00.00.0000 00:00+5На скане "письма Эйнштейна Борну" явно не то письмо. В представленном Эйнштейн сообщает некоему мистеру Кудэллу, что не разбирается в интересующих то вопросах, и рекомендует Куделлу обратиться к Максу Борну, работающему в нужной области.
Physics-for-Humanities Автор
00.00.0000 00:00Есть целый сборник переписки Эйнштейна и Борна. К сожалению, не смог найти его в открытом доступе. Нашел только письмо Эйнштейна с упоминанием Борна.
checkpoint
00.00.0000 00:00+7Читаю, читаю, вроде все понятно. И тут бац, вот это:
Теперь остается только сравнить вероятность получить совпадающие по
направлению спины в классическом случае со скрытыми параметрами и в
квантовом, где связь между разделенными частицами существует постоянно. В
первом случае это 67 %, а во втором - вероятность зависит от угла между
осями и при 120 градусах это 75 %. Разница измеряема, но это потребует
сложного оборудования.Переведите на русский пожалуйста смысл этой фразы. Откуда взялись углы и проценты ?
AlexMih
00.00.0000 00:00+7
Gotcha7770
00.00.0000 00:00+7
Firsto
00.00.0000 00:00+2В самом деле.
AlexMih
00.00.0000 00:00+9Математик уже было освоился с новыми обозначениями, но подоспевший программист все же включил слетевшую поддержку UTF-16.
Dmitry_Dor
00.00.0000 00:00+2В самом деле
2b V ¬2b = ?...«To be, or not to be, that is the question...» ©
zuek
00.00.0000 00:00+4Откуда взялись углы и проценты?
Про проценты не проверял (лень вспоминать тервер), а про углы довольно явно указано в статье - магнитные детекторы фиксируются в трёх фиксированных положениях (случайным образом); из полной окружности в 360 градусов, разница между тремя равноотстоящими позициями составит 120 градусов. Дальше начинаем высчитывать вероятности полученных спинов и измеряемых - должны получиться упомянутые проценты.
checkpoint
00.00.0000 00:00Отвечу сам себе.
Вот тут видео описывающее суть спина электрона и метод его измерения (опыт ПШГ): https://www.youtube.com/watch?v=2F-7uc0jTgo
А вот тут видео с измерением спинов двух связанных электронов с помощью непрерывно вращающихся ПШГ (опыт Белла): https://www.youtube.com/watch?v=zZ8C92BwKOI и сравнение результатов полученных опытным путем с теорией по Энштейну и Борну. Если я правильно понял, то оба оказались неправы.
rPman
00.00.0000 00:00+1Очень шикарно было показано про неравенство Белла в этом видео
все видео автора такие насыщенные, понятные и при необходимости наполненные ссылками на статьи.
Коротко, чтобы доказать, какая из интерпретаций верна, необходимо построить такой эксперимент и посчитать вероятности событий в нем используя обе интерпретации, так чтобы формулы были разными (а они логично будут, ведь в обоих интерпретациях поведение спутанных частиц описывается по разному), в общем нашли эксперимент который показывает на практике такое же значение как его математическое описание для интерпретации, в которой в частицах нет скрытых параметров.
puncher
00.00.0000 00:00+1я понял это примерно так - при углах 0-90-180-270 измерения совпадают (шумы измерений минимальны) и неравенто не дает возможност отличить КМ от классики. Если же установить углы между этими значениями то появляются кватовые шумы измерений. Причем при их усреднении выявляется некоторая дополнительная кореляция в шумах измерений. Из-за этого при усреднении этих шумов изерений поверх самих измерений повляется дополнительная (относительно классической статистики) корреляция в значених измерений удаленных корреляторов. И ее нет прии минимуме шумов измерени на углах 0-90-180-270. В принципе можно объяснить налиие этой доп. корреляции в квантовых шумах измерений например что разлетающеся запутанные ччастицы окрружают облака коррелированных вирт. частиц. которые и дают дполнительную корреляцию при измерениях. Но традиционно объяснняют запутанностью. Причем как я поня на сегодня скорость передаи этого взаимодествия не измерена - то есть оно есть, но быстре скорости вета или нет вроде как тотчно не измерено. И еще - также в этом эксперименте очевидно веотность обнаружения объектов в сумме больше 1. Ну типа квантовая вероятностььона якоб подругимправиам складыается и может быть больше 1.
checkpoint
00.00.0000 00:00Причем как я поня на сегодня скорость передаи этого взаимодествия не
измерена - то есть оно есть, но быстре скорости вета или нет вроде как
тотчно не измерено. И еще - также в этом эксперименте очевидно веотность
обнаружения объектов в сумме больше 1. Ну типа квантовая
вероятностььона якоб подругимправиам складыается и может быть больше 1.Я правильно понимаю, что неравенства Белла этот как раз и есть отражение идеи того, что сумма вероятностей всех возможных исходов не может быть больше 1 ?
В видео с вращающимися ПШГ говорится, что если углы по 120 градусов, то якобы все ок, никакого нарушения нет. Но если все углы выставить в одном "квадранте" (или как это правильно назвать), то сумма вероятностей уже превышает 1 и на этом повествование заканчивается. Хотелось бы посмотреть какие именно цифры получаются.
rPman
00.00.0000 00:00как я поня на сегодня скорость передаи этого взаимодествия не измерена — то есть оно есть, но быстре скорости вета или нет вроде как тотчно не измерено
как минимум в 10000 раз быстрее скорости света
newatlas.com/quantum-entanglement-speed-10000-faster-light/26587
LordDarklight
00.00.0000 00:00+1Вот сколько видел всяких статей и виде о квантовой запутанности - но ни разу, почему-то не встретил гипотезу, что два запутанных кванта могут сообщаться через дополнительное измерение в искривлённом пространств - буквально прокалывая привычное нам пространство время - как это любят называть в фантастики: связь у них установлена через "подпространственный канал", который на квантовом уровне может быть доступен двум связанным квантам - фактически они и связаны через этот самый канал и обмениваются какими-то "условно" виртуальными частицами через него со скоростью света - но, так как этот обмен идёт через дополнительное измерение - то расстояние между связанными квантами значения не имеет - важна только длина пути по этому дополнительному измерению - а она может быть не более планковской длины - поэтому на детекторах не удаётся засечь время разницу во времени, ведь в экспериментах частицы разносят на расстояния заведомо многократно больше панковской длинны - и контрольный фотон света от позиции первой запутанной частицы к позиции второй частице проходит путь заведомо больше, чем путь связи этих частиц через дополнительное измерение в сильно искривлённом пространстве на квантовом уровне!
То есть, никакой моментально передачи состояния быстрее скорости света нет - просто есть существенно более короткие пути передачи этого состояния на квантовом уровне для запутанных частиц. Эдакая подпространственная взаимная синхронизация. В какойто степени тогда такую систему двух запутанных частиц можно считать одной частицей, просто разнесённой в пространстве
Yermack
00.00.0000 00:00+1Еще в 70х с подобным начинали играться. На данный момент, на сколько мне известно, такой подход не нашел популярности и не дал явных преимуществ, но тема интересная:
https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=88041
https://arxiv.org/abs/1412.8483
Мне еще понравились работы, где сами частицы и есть такие каналы (топологические дефекты), но они слишком далеки от приложений и пока на уровне математических игр
phenik
00.00.0000 00:00+4В 1932 году Джон фон Нейман доказал что квантовую механику невозможно дополнить скрытыми параметрами, как предлагал Эйнштейн, а так же написал «Математические основы квантовой механики»;
Это спорное утверждение. Если бы он это доказал, то зачем понадобилась теорема Белла? Считается, что его доказательство неявно опирается на положения КМ. См. замечания здесь, или здесь.Принцип Гейзенберга заключается в том, что измерить импульс и положение частицы точнее некоторой величины нельзя. Можно представить, что измеряя один параметр само измерение меняет другой (это лишь один из вариантов интерпретации такого принципа, сейчас не популярный). В таком случае неопределенность легко обойти. Если две частицы стали результатом распада третей, то их суммарный импульс известен. Можно измерить импульс у одной частицы, а координату у другой, тогда неопределенность пропадет.
Это не уникально для КМ. Попробуйте с помощью одного измерения, например, с помощью лазерного дальномера измерить положение и скорость движущегося объекта. Если меряется с помощью двух дальномеров, то возникает проблема точной синхронизации измерений. Другое дело, что в классической механике на точность таких измерений не накладывается формальных ограничений, как в квантовой, и теоретически она может быть любой. Результаты измерений определяются контекстом измерений, который в КМ носит строгий характер. Запутанность является частным свойством контекстуальности.
Однако и в некоторых классических системах контекстуальность также может проявлять себя, и требует для описания привлечения квантового формализма. Например, для описания ментальных явлений — механизма принятия решений, восприятия, и др. Широко известный феномен зависимость результатов опроса от порядка вопросов в нем — эффект порядка, который наиболее адекватно описывается с помощью квантового сложения вероятностей, и который приходится учитывать на практике. И даже юмор предлагается моделировать подобным образом)
TheDaemon
00.00.0000 00:00Извините, а можете пояснить для не-Физиков, а в чем проблема с помощью лазерного дальномера изменить одновременно расстояние и скорость? Что сложного в одновременном измерении времени до прихода отраженного сигнала и изменения в его частоте?
ksbes
00.00.0000 00:00+1Частотомер и часы — разные приборы. Одновременно одним прибором их замерить не получится, даже если используется один и тот же лазерный импульс. Соответсвенно точность зависит от того насколько синхронно происходят измерения (например, от длительности этого самого импульса — она ведь всегда больше нуля).
domix32
00.00.0000 00:00В дополнение к этому - есть некоторый шанс, что скорость самого импульса неконстантна и прохождение сигнала до цели и возврата различается. Veritasium рассказывает про подобные теории и почему скорость света невозможно измерить выше некоторого предела точности.
ksbes
00.00.0000 00:00+3Мой вам искренний совет — не смотрите Veritasium. Человек бабло зарабатывает на околонаучной популистике и ради вау-эффекта не брезгует пороть чушь, за которую атоматом пересдача полагается
rPman
00.00.0000 00:00+3сказали А скажите и Б, приведите пару примеров его чуши пожалуйста
p.s. перевод этого видео от vert dider
у него есть видео (перевод) и про грамотный кликбейт, это тот случай, когда маркетинг и его техники — во благо.ksbes
00.00.0000 00:00Мне с работы по ютьюбам шарится — не очень. Так что без ссылок два тезиса из его видеороликов:
1) Электрическая энергия течёт не по проводам, а вокруг них (в реале — считанные проценты, а 99% таки по проводам)
2) Мы притягивемся к Земле потому что время в ногах течёт медленее, чем в головах (а реале связь обратная — время течёт по разному, потому что притягиваемся)rPman
00.00.0000 00:00+1Первое я помню это видео, отличнейшее, задачка была изначально с подвохом, провода были параллельны и рядом (иначе бы опоясывали бы планету по кругу). В видео посыл был в том что энергия течет на основе полей а не на основе перемещения эелктронов/дырок (эту трактовку я прекрасно помню из школьного курса, когда ток сравнивали с трогающимся составом, передача движения не мгновенна, потому что в сцепках есть расстояние, и пока оно везде 'потратится' движение запоздает), кстати там отличная визуализация мелькала от приложения для симуляции поведения электронных/квантовых систем.
Про второе — очевидно вы переврали, так как минимум в двух его видео я видел четкое описание — мы притягиваемся потому что с одной стороны на нас действует искривление пространства время (грубо говоря пространство двигается в направлении центра массы со скоростью 10м/с), а с другой твердая поверхность планеты давит нас с низу вверх.
p.s. на вопрос что именно двигается я не помню, четкого ответа кажется еще нет так как в отношении гравитации у ученых еще не полная картина, найденный бозон хигса это только маленький кирпичик в этом направлении, а для нахождения гравитона понадобится ускоритель сильно мощнееksbes
00.00.0000 00:00грубо говоря пространство двигается в направлении центра массы со скоростью 10м/с
Нет никакой скорости 10 м/с, есть ускорение свободного падения 10 м/с^2.
Так-то когда вы статично стоите на притягивающем вас шаре (или геоиде) ничто и никуда не двигается и ничто никуда не ускоряется — в т.ч. и «постранство».
Ещё раз повторяю свой искренний совет — не смотрите Veritasium. Ну по крайней мере пока не сможете распознавать где он завирается — но тогда он уже просто не интересен.rPman
00.00.0000 00:00Мне даже неудобно спрашивать, а как вы для себя описываете искривление электромагнитных лучей (света) в гравитации? Отличный пример привет ненавистный вам популяризатор науки — вы стоите внутри летящего корабля, со включенным двигателем, и пускайте луч света от одной его стенки к другой перпендикулярно направлению движению, он отклониться в сторону обратную движению?
ksbes
00.00.0000 00:00Отличный пример привет ненавистный вам популяризатор науки
Не ненавистный, а презираемый. Не путайте!
А кривизну светя я описываю, как и все нормальные люди метрическим тензором, который описывает кривизну четырёхмерного пространства-времени.
rPman
00.00.0000 00:00продолжайте продолжайте, масса то тут каким боком? поведение в обоих случаях (стоит на земле и летит внутри корабля, для наблюдателя внутри) — одинаковое (подтверждено экспериментально)
p.s. зря я сказал 'пространство двигается' полагаю вы как истинный троль на это клюнули, полагаю речь в формулировках?
ksbes
00.00.0000 00:00зря я сказал 'пространство двигается'
Это вы не сказали, а повторили услышанное. А масса — коофициент в этом самом метрическом тензоре.
Вообще если хотите популярно себе это представить — то масса силой «притяжения» гравитации «прижимает» к себе пространство, но время сила гравиации «отталкивает» и тем самым «разряжает».
Это объяснение он тоже… очень популярное. Но оно хотя бы ближе к правде.
rPman
00.00.0000 00:00вы на вопрос пожалуйста ответьте, чем отличаются два эксперимента — в одном корабль стоит на планете и внутри слева направо лучом света стреляют (окей, воду из шланга льют для нагляднасти, просто луч света интереснее тем что фотоны без массы) и то же самое но корабль в абсолютной пустоте (где то в центре войда, чтобы ну совсем не было нигде массы) двигается с ускорением ~10м/с
На сколько я понял, не придумали и не провели еще эксперимента, который бы показал что для наблюдателя внутри корабля чем то эти ситуации отличаются (а вот подтверждают — да).
Поэтому трактовка с двигающимся пространством (той ее частью, движение относительно которой и порождает эффект гравитации) так интересна.
LordDarklight
00.00.0000 00:00Речь, конечно про систем отсчёта внутри корабля - верно?
Без ускорения корабля не отклонится. Но у Вас включён двигатель - значит ускорение есть - тогда отклонится - насколько я знаю такие эксперименты давно уже проведены и подтверждены.
Безусловно далее будет вопрос - а если корабль разогнан до околосветовой скорости (до точной скорости света разогнаться он 100% не сможет) - что будет? Да всё тоже самое. Скорость тут не имеет значения. Но при наличии такого же ускорения отклонится ли лучь на столько же? Тут сложнеее... во первых, если у нас скорость близкая к скорости света то дать заметное фактическое ускорение будет не просто. Но если его всё-таки обеспечили (тут многое зависит от точности измерений отклонения луча в корреляции с заметностью ускорения) - то.... да ничего не изменится! Или, всё-таки изменится: да, луч света будет проходит бОльшее расстояние по вектору движения корабля, корабль, имея ускорение, за то же время сместится чуть больше фотонов луча света (по пути следования корабля), а луч света будет ОООЧЕНь медленно (на разницу в скорости корабля на момент испускания фотона и скорости света) двигаться по направлению к перпендикулярной стенке. И тут многое зависит от фактического ускорения корабля - если оно будет заметным (относительно скорости корабля), то и отклонение будет расти, чем выше будет скорость корабля, т..е. при скорости корабля близкой к скорости света и значимом ускорении - отклонение может быть таким, что фотон не долетит до противоположной стенки, а его нагонит задняя стенка корабля - ведь его перпендикулярное движение будет очень медленным - а значимость ускорения будет определяться его отношением к оставшейся до скорости света величиной скорости корабля, и точностью измерительной аппаратуры - которая сможет измерить изменение в отклонения луча на эту величину отношения
rPman
00.00.0000 00:00теория относительности и эксперименты показывают что нет никиакой разницы для наблюдателя внутри корабля и человека, стоящего на планете, в поведении луча света и вообще в ощущениях
ksbes
00.00.0000 00:00Ну вообще разница есть: в случае ускоряющегося корабля отсутствуют приливные силы, которые всегда присутствуют в гравитационном поле. Иными словами гравитационное поле всегда можно распознать по наличию и направлению градиента (у центробежных сил — градиент противоположен направлению силы, а у гравитации сонаправлен).
Но т.к. это не работает для точки (для градиента нужна окрестность), то это не считается нарушением принципа эквивалентности.
rPman
00.00.0000 00:00я не говорил о вращении, хотя это ускорение тоже да.
p.s. гравитационные силы можно отличить от равноускоренного движения по разнице сил притяжения у головы и у ног стоящего в этом корабле головой в направлении движения.
ksbes
00.00.0000 00:00Эта разница — и есть частный случай того, что в ОТО называют приливными силами.
LordDarklight
00.00.0000 00:00Я вроде бы ни о какой разнице в наблюдении в разных системах отсчёта и не написал. Хотя разница будет при высоких скоростях - во времени регистрации события
phenik
00.00.0000 00:00+3Одновременно можно, но технически трудно. Речь о точности одновременного измерения параметра и изменения его значения, в данном случае х и dx, для измерения скорости. Конкретно, по смещению частоты отраженного импульса можно определить скорость, по задержке расстояние. Однако за время задержки объект сместится. Зная скорость можно попробовать оценить смещение, но никто не гарантирует постоянства скорости. Плюс, более тонкие проблемы связанные с частотно-временной неопределенностью измерения сигналов. Выше в коменте уже упомянули это.
LordDarklight
00.00.0000 00:00+5Так всё же за что учёные получили нобелевскую премию. «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенства Белла и новаторскую квантовую информатику» - какие это были эксперименты, что там с неравенством Белла, и в чём заключалось новаторство в квантовой информатике? И да, что за "квантовый ластик с отложенным выбором"?
dendron
00.00.0000 00:00+4Возможно они её и не получили. Говорят, что конверт с именами лауреатов положили в непрозрачный ящик, где встроенная зажигалка срабатывает от случайного события распада радиоактивного элемента...
karavan_750
00.00.0000 00:00Вопрос из зала.
Если принцип мультивселенных (множества параллельных миров) будет доказан, не окажет ли это негативного влияния на наш текущий мир?
Поясню. Можно "нажать кнопку" (читайте - уничтожить человечество), предполагая заниженную ценность "нашего мира" в сравнении с "другими мирами", где "кнопка не нажата" и жизнь лучше.
K0styan
00.00.0000 00:00Странная концепция: для начала надо доказать, что уничтожение человечества сделает жизнь в "другом мире" лучше, иначе такой самоубийственный альтруизм особого резону не имеет.
Ну и так или иначе человечество уже тыщи лет живёт с концепцией "лучшего мира" в разных вариациях. Более того, куча людей абсолютно убеждены, что дорога туда (в том числе и для самого убеждённого) лежит через смерть. И хотя такие убеждения регулярно приводили к крови, но человечество пока умудряется выживать.
Даже, пожалуй, не ошибусь, если скажу, что напротив, пока что самые кровопролитные события были вызваны жаждой власти здесь и сейчас, а отсылки к другим мирам были в лучшем случае ширмой.
karavan_750
00.00.0000 00:00Рассматривайте это не как "попытку сделать где-то лучше", а как оправдание деструктивности "нажатия кнопки".
CBET_TbMbI
00.00.0000 00:00А сути я так и не понял. В чём разница с точки зрения статистики между:
- частицы вылетают сразу со спинами - и +, только мы их до измерения не знаем
- частицы приобретают + и - при первом измеренииLordDarklight
00.00.0000 00:00Я, вот тоже не понимаю. Там какой-то очень хитрый эксперимент с динамически меняемыми правилами считывания результатов, и специальная вероятностная формула - там взяты уровнения из теории игр и мат. статистики - из которых в итоге получается конкретный, вычилимый результат в пользу отсутствия подтасовки результата заранее. Этот эксперимент ещё и проводят с принципиально разными (все допустимыми) вариантами настройки. И в среднем выхолит - что нет подтасовки
phenik
00.00.0000 00:00А сути я так и не понял. В чём разница с точки зрения статистики
Суть в разной статистике измерений) Если спины частиц ориентированы одинаково, например, по вертикали, то разницы не будет. В обоих случаях + и — будут регистрироваться с вероятностью 0.5. Идея проверки состоит в использовании промежуточных фильтров перед окончательным измерением, которые выявят разницу в статистике, ведь во втором случае фильтры не должны влиять на результат, и оставаться равными 0.5. А в первом, из-за скрытых параметров, значения спинов определены заранее, хотя мы не знаем как именно, поэтому на них можно влиять с помощью фильтров, и соответственно на вероятность исходов измерения. Технически фильтры обычно реализуются в виде прибора Штерна-Герлаха. Это идея, суть, как вы написали, эксперимента по проверке теоремы Белла. Популярно, со всеми тонкостями, постановка таких экспериментов описана в этой статье из трех частей. Наглядная иллюстрация расчета вероятностей в этой публикации на Хабре. Проще объяснения вряд ли найти. Можно еще посмотреть видео, ссылки на которые давали в коментах выше.
UPD. Вот здесь еще одна иллюстрация расчета вероятностей. Соседняя публикация на эту же тему с обсуждением, если пропустили.
Dmitry_Dor
00.00.0000 00:00+1Рояль в кустахЛекция д.ф.-м.н А.М.Семихатова- Нобелевская премия 2022: что насчет структуры реальности?
- Нобелевская премия 2022: что насчет структуры реальности?
saga111a
00.00.0000 00:00+2Когда то была статья на хабре отличная на эту тему, там расписано очень подробно и доходчиво про теорию скрытых параметров.
https://habr.com/ru/post/225583/
kauri_39
00.00.0000 00:00Спасибо за статью. Для меня, гуманитария, открытие: оказывается, скрытые параметры - это скрытая от нас "инструкция" по изначальному определению спинов частиц. А я иногда приписывал скрытость таинственной нелокальной корреляции спинов.
Physics-for-Humanities Автор
Поздравляю всех причастных и сочувствующих с днем российской науки!
Этот праздник приурочен к дате основания Российской академии наук, учреждённой Петром I указом Сената от 28 января (8 февраля по новому стилю) 1724 года.
Мой подарок к празднику - статья о том как понимать нобелевскую примерю по физике прошлого года.