В статье представлена попытка показать, что коллапс волновой функции двух запутанных фотонов происходит не в момент измерения одного из них а раньше, в момент их вылета.
Тема дискуссионная. Не дает покоя утверждение некоторых ученых, что информация об измерении (неопределенность) передается между запутанными частицами быстрее скорости света. Это противоречит специальной теории относительности (СТО). Заранее прошу простить, если использую некоторые термины не так, как принято в другой академической среде.
Для начала вспомним основы СТО. Представим наблюдателя, неподвижного в своей собственной инерциальной системе отсчета. Для него можем построить систему координат пространства-времени.
Здесь x — координата пространства. Одного из трех измерений будет достаточно. t — координата времени. Ось 0x описывает «текущее» пространство наблюдателя. Все точки этой линии имеют одну и ту же координату t, и возможные события, обозначаемые такими точками, наблюдатель будет считать происходящими одновременно. Ось 0t описывает «движение» неподвижных предметов во времени. Все точки оси имеют одну и ту же координату x, т.е. неподвижны в пространстве относительно наблюдателя. В общем, обычная система координат.
Если мимо наблюдателя равномерно движется другой, «зеленый» наблюдатель, у него, согласно СТО, будет своя инерциальная система отсчета и своя система координат.
Чем быстрее движется «зеленый» наблюдатель, тем сильнее его система координат отличается от исходной, «синей». Крайний случай, когда наблюдатель движется со скоростью света, например, фотон (пожалуй, единственный пример). Для него оси 0x и 0t «схлопываются» в одну (обозначена красным цветом). Это наглядно демонстрирует, что для фотона не существует времени, но сейчас не об этом.
Пусть из начала координат исходной системы отсчета вылетело два запутанных фотона. Пусть первый фотон поглотился поляризованным детектором в точке A в момент времени t1 (оказался измеренным), а второй детектором с перпендикулярной поляризацией в точке B в момент времени t2.
Поскольку эти два фотона запутаны, они описываются одной волновой функцией. До измерения ее состояние считается неопределенным. После измерения первого фотона в точке A в момент времени t1неопределенность исчезла, функция коллапсировала в одно из возможных состояний, поэтому второй фотон в период времени c t1 по t2 летел из точки B’ в точку B уже «измеренным». Красным цветом показано, что фотоны обладают неопределенностью, черным — что фотон коллапсировал.
Вернем «зеленого» наблюдателя со своей системой отсчета, пусть он движется мимо точки A. В его инерциальной системе отсчета соблюдаются те же самые законы физики, значит фотоны коллапсировали одновременно в точках A и B’’. Это не противоречит ранее сделанному утверждению о том, что из точки B’ в точку B фотон летел коллапсированным. Разгоняя «зеленого» наблюдателя до скорости, близкой к скорости света, можно сколь угодно близко приблизить точку B’’ к точке 0.
Проделав аналогичные рассуждения для второго фотона, можно показать, что и его коллапс (точка A’’) произошел в сколь угодно малой окрестности точки 0.
Поскольку точки A’’ и B’’ можно сколь угодно приблизить к точке 0 до расстояния, разве что, сравнимого с длиной волны этих фотонов, можно утверждать, что запутанные фотоны теряют неопределенность и оказываются «измеренными» сразу после вылета, т.е. их волновая функция коллапсирует в одно из состояний в самом начале. Фотон уже в момент вылета знает, куда он прилетит, его система отсчета ему это позволяет, и он делится этой информацией с другим фотоном. Передача информации из точки A в точку B на сверхсветовой скорости не происходит.
Комментарии (10)
AndrewYaremko
05.10.2023 23:16+1Квантовая запутанность не противоречит СТО ту вы не можете скопировать квантовое состояние, те "передать информацию". Интерпритаций несколько у этого аспекта. Например, разделяя фатон на полупрозрачном зеркале он все ещё остаётся одним квантом (такая есть трактовка) Или что когерентность сохраняется на уровне Юниверса при мультивселеннской копенгагенской интерпритации. Ну и т.д. не специалист в данном вопросе, но научпоп литературы в этом вопросе достаточно.
Sap_ru
05.10.2023 23:16+1Ну,пока, вроде бы, никто не утверждает, что информация о состоянии, основанная на квантовой запутанности, передаётся быстрее скорости света. На данный момент получается, что однозначно установить состояние можно не быстрее скорости света, так как должна быть передана и принята необходимая для этого сопутствующая информация. Точнее состояние-то определить можно, но полезную информацию из этого извлечь не получится, и оно будет выглядеть случайным.
ARad
05.10.2023 23:16+3Может я ошибаюсь, но мне кажется ваше предположение, это тоже самое что терия скрытых параметров. А если это так, то есть неравенство Белла, которое как раз и помогает различать присутствие скрытых параметры или их отсутствие. Это проверили огромное количество раз. Все эксперименты нарушают неравенство Белла и подтверждают отсутствие скрытых параметров...
ARad
05.10.2023 23:16+3Вы совершенно неверно рисуете мир фотонов в пространстве Минковского.
Для первого фотона все точки на его векторе в том числе точка O и точка A имеют одно и тоже время (нулевое) и одно и тоже расстояние (тоже нулевое), а все остальные точки бесконечно далеки и по времени и по расстоянию (в том числе точка B').
Для второго фотона все точки на его векторе в том числе точка O и точки B, B' и т.д. тоже имеют одно и тоже время (нулевое) и одно и тоже расстояние (тоже нулевое), а все остальные точки бесконечно далеки и по времени и по расстоянию (в том числе точка A).
Так что все остальные выводы можно не писать, или надо переосмыслить...
ARad
05.10.2023 23:16Интерактивная диаграмма Минковского http://www.trell.org/div/minkowski.html
Для первого фотона точка B' уходит в бесконечность, а не в ноль как вы пишите!!!
Konstantin-2 Автор
05.10.2023 23:16К сожалению, ссылка не открывается.
Если перевести предпоследний рисунок из системы координат "синего" наблюдателя в систему координат "зеленого" наблюдателя:
то для него действительно точка B как и B' будут стремиться к бесконечности, но в его системе координат также верно, что расстояние от 0 до A равно расстоянию от 0 до B'', это следует из равенства скорости света и времени с момента излучения, одновременности (для "зеленого") событий A и B''. Поэтому выражение
будет стремиться к нулю, когда скорость зеленого наблюдателя будет стремиться к скорости света относительно синего наблюдателя.
ARad
05.10.2023 23:16Я вынужденно покинул Россию и у меня http://www.trell.org/div/minkowski.html открывается, попробуйте ВПН или прокси, например тут https://antizapret.prostovpn.org/ бесплатный и быстрый прокси, автоматически работает только для заблокированных сайтов, остальные будут открываться напрямую без задержек.
Зачем вам сразу использовать запутанные фотоны, которые движутся со скоростью света и в расчетах появляются нули и бесконечности. Запутанными могут быть и частицы с массой, например электронны, которые движутся медленнее скорости света. А значит и расчеты можно вести для частиц с меньшими скоростями, и тогда вы все конкретно посчитаете и получите что куда стремится.
Проведите расчеты, только без детских ошибок, для запутанных частиц со скоростью 0.9 скорости света. И расчеты покажут что стремится к 0, а что наоборот возрастает...
RigidStyle
05.10.2023 23:16Сам Энштейн говорил о квантовой запутанности, что частицы сразу запутаны и сразу имеют свое состояние, просто наблюдатель его не знает. И привел пример с тапками. Что вы не знаете, какой тапок под кроватью, но стоит вам под нее заглянуть и увидеть что там, например, левый тапок, то очевидно, что другой тапок будет правым. Мол что частицы сразу имеют свой спин, просто его еще не пронаблюдали.
Но пото эту его версию опровергли другие, и он сам в прследствии изменил мнение и согласился, что это не как с тапками, и частицы не обретают спин при рождении.
Ну так легенда гласит.
Но если предположить что время не линейно, и время жизни фотона в системе отсчета фотона ноль, то фотон знает свое настоящее, прошлое и будущее одномоментно, и теория что он знает какой у него будет спин потом, в принципе имела бы право на жизнь (если принебречь тем, что это фактически машина времеми, которая знает все, что есть было и будет с ней происходить), если бы не тот факт, что запутывают частицы гораздо большие, чем фотоны, с массой спокойствия, которые не могут разогнаться до скорости света и, следовательно, их время не останавливается и они не существуют сразу в настоящем, прошлом и будущем.
Konstantin-2 Автор
05.10.2023 23:16Про легенду:
Давайте взглянем на это чуть подробнее. Если два фотона запутаны, то их поляризации перпендикулярны. Например, один может быть вертикальным относительно Вас «|», другой горизонтальным «–». В сумме эти два фотона обозначим «+». Так же это могут быть диагонально поляризованные относительно Вас фотоны, например «\» и «/», в сумме обозначим «X». Угол наклона в диагонали может быть любой, главное, что они перпендикулярны друг другу.
Далее мы их ловим поляризованными детекторами. Вертикально поляризованный детектор «‖» ловит все вертикально поляризованные фотоны «|», половину диагонально поляризованных под углом 45° «\» и или «/» и ни одного горизонтального «–». Направление поляризации, конечно, относительно наблюдателя. Если он ляжет боком на диван, направление поменяется на 90°, но законы физики сохранятся.
Эйнштейн изначально ошибочно полагал, что запутанные фотоны уже в момент вылета решают, какими они будут, «+» или «X». Будем их ловить двумя вертикальными детекторами «‖». Если вылетели «+», то всегда будет пойман только один их них, тот, который вертикальный.
Теперь внимание. Если бы фотоны в момент вылета решили, что они «X», была бы 50% вероятность что и «\» будет пойман и 50% на «/», т.е. 25% на оба одновременно. Но такого никогда не происходит. Конец.
Поэтому считается, что фотоны летят с неопределенной ориентацией, пока первого из них не поймают. В этот момент он «сообщает» другому, в какую поляризацию его поймали и другой становится перпендикулярным.
lorc
Никакая информация не передается. В том смысле, что вы не можете передать информацию посредством измерений состояния запутанных частиц. Поэтому тут нет противоречия с СТО.
Вы практически дошли до очевидного заключения что с точки зрения фотона времени не существует. Для фотона момент "вылета" и момент "прилета" - это один и тот же момент.
Да, но как насчет наблюдателя который не летит вместе с фотоном, а покоится на месте? Вообще в СТО понятие "одновременности" и "последовательность событий" зависят от положения и скорости наблюдателя. События А и Б могут произойти в любой очередности в зависимости от того кто и откуда их наблюдает. С моей точки зрения фотоны не "знают" куда они попадут и поэтому не могут "делится" этой "информацией" друг с другом. А моя точка зрения ничем не хуже чем точка зрения одного из фотонов.
Она в любом случае не происходит.