Lumea cuantică este foarte departe de a noastră, deci legile ei par adesea ciudate și contraintuitive pentru noi. Cu toate acestea, știrile importante din fizica cuantică vin literalmente în fiecare zi. așa că acum este necesară o idee corectă despre ele - altfel munca fizicienilor din ochii noștri se transformă din știință în magie și îngroșată de mituri. Ultima dată când am vorbit despre computerele cuantice. Astăzi vom înțelege care este localitatea și de ce este încălcată în lumea cuantică.
Să presupunem că, mergând la portalul dvs. științific preferat, ați atras atenția asupra unui articol cu această rubrică: "Fizicienii au descoperit o încălcare extremă a realismului local în stări hipergrafice cuantice". Curiozitatea ne determină să înțelegem ce au descoperit toți fizicienii, dar nu este ușor să treceți dincolo de primele patru cuvinte ale titlului. Am decis să ajutăm cu următorii termeni. Alexander Lvovsky a răspuns la întrebările noastre despre realismul local și nonlocalitatea cuantică. un membru al personalului RCC și un profesor la Universitatea din Calgary.
Care este localitatea și principiul localității în fizică?
Prin urmare, principiul localității, introdus de Einstein împreună cu Podolsky și Rosen în 1935, este că realitatea fizică nu poate fi schimbată prin acțiuni la un obiect la distanță care nu interacționează cu a noastră. Trivia, nu-i așa?
Și care este încălcarea localității? Cum poate fi ceva non-local, de exemplu, în lumea noastră "mare"? De ce e rău, de exemplu, în mecanica clasică?
Încălcarea localității este atunci când acțiunile, de exemplu, Alice pe Venus instantaneu și fără nici o interacțiune schimbă realitatea fizică a lui Bob pe Marte (de exemplu, acum Bob, sărind în sus, va atârna în aer). Astfel de lucruri sunt neplăcute nu numai pentru că par să încalce teoria relativității, conform căreia nici o informație nu poate fi transmisă instantaneu. Mai rău, ele încalcă simțul comun, însăși baza ideii noastre despre lume - că nu poți schimba starea obiectului fără a interacționa cu el.
Ce arata incalcarea locatiei cuantice?
În articolul din 1935, menționat mai sus, Einstein și colegii au considerat starea încurcată a două particule, în care ambele coordonate și momenta sunt egale unul cu celălalt, dar nu suntem conștienți de ele. Poate apare, de exemplu, în împrăștierea parametrică spontană - decăderea fotonului în alte două cu o energie mai mică. Atunci vezi ce se întâmplă. Să trimitem una din aceste particule către Venus către Alice, iar a doua - spre Marte către Bob. Să presupunem că Alice măsoară coordonatele particulelor ei. Apoi, din moment ce se știe că coordonatele particulelor lui Alice și Bob sunt exact corelate, obținem o particulă de Bob cu o anumită coordonate. Dacă Alice măsoară pulsul (și impulsurile sunt de asemenea corelate), atunci Bob va primi o stare cu un anumit impuls. Dar există un principiu de incertitudine în mecanica cuantică, care spune că o stare cu o anumită coordonată și o stare cu un anumit impuls sunt două realități fizice care sunt incompatibile între ele. Și dacă da, atunci principiul localității este încălcat.
Astfel, în experimentul de gândire al lui Einstein, Podolsky și Rosen, încălcarea localității apare numai presupunând că principiul incertitudinii este adevărat - adică doar în ipoteza că teoria cuantică este corectă.
Ar putea să nu luăm în considerare ceva și particulele "au fost de acord" cu totul la momentul nașterii?
De fapt, o astfel de concluzie a făcut Einstein, Podolsky și Rosen. Ei au spus că se dovedește că teoria cuantică este fie contradictorie internă, fie contrazice principiul fundamental al localității! Fizicienii și-au exprimat speranța că într-o zi, în viitor, va fi posibil să se creeze o teorie care să explice rezultatele experimentale, precum și mecanica cuantică. Procedând astfel, va explica corelația, pe care am descris-o mai sus, în acest fel - că particulele din momentul nașterii poartă în sine unii parametri latenți, dar necunoscuți, corelați care vor determina rezultatul măsurătorilor.
Bell inegalitățile, sunt legate de localitate și nonlocalitate, cu realismul local? Dacă da, cum?
Lucrarea lui Einstein, pentru toată importanța sa, avea o natură mai filosofică. La urma urmei, fizica se bazează pe o comparație a teoriei și a experimentului. Realizând experimentul, fizicianul constată ce ipoteză este adevărată și care este falsă. Și Einstein nu a oferit nici o teorie alternativă. Dimpotrivă, el a afirmat că noua teorie ar prezice aceleași rezultate ca și fizica cuantică. Prin urmare, pentru următorii treizeci de ani, a servit doar ca bază pentru raționamentul speculativ.
Au fost observate experimental încălcările localității? Există diferențe fundamentale între diferitele experimente?
Experimentele pe sistemul Bell au apărut aproape imediat după descoperirea sa și continuă până în prezent, îmbunătățind în mod constant. Toate aceste experimente au indicat o încălcare a localității. Adică există corelații care nu pot fi explicate prin intermediul parametrilor locali ascunși. Scopul îmbunătățirii experimentelor este eliminarea "găurilor". De exemplu, unul dintre aceste "găuri", care până în prezent nu a putut fi înfrânt, a fost pierderea proporției de particule pe drumul spre Alice și Bob și atunci când a fost detectată. Dacă particulele sunt pierdute, atunci, jucând rolul avocatului diavolului, se poate spune că natura creează aceste pierderi în mod selectiv și că distorsionează statisticile rezultatelor și creează doar iluzia non-localității. Un experiment în care au fost eliminate toate "găurile" au apărut doar cu câteva luni în urmă. Aceasta este o realizare semnificativă în fizica modernă.
Se pare că particulele schimbă instantaneu informațiile. Cum se corelează acest lucru cu postulatele SRT, care interzic mișcarea ceva cu o viteză mai mare decât viteza de suprafață a luminii?
Încălcările cuantice ale localității sunt nonlocalitatea în versiunea "lumină". Nu este atât de nepoliticos încât ar putea fi încălcări ale localității în "lumea mare". Influența nonlocală nu este deterministă (Alice și-a schimbat bagheta magică și starea cuantică a particulei lui Bob s-a schimbat într-un anumit fel), dar ca o consecință a măsurătorii lui Alice. Și statul primit de Bob, depinde de rezultatul aleatoriu al măsurării lui Alice. În timp ce Bob nu știe ce rezultat are Alice, nu va putea să extragă informații noi din particulele lui. Prin urmare, nu există niciun transfer instantaneu de informații pe o distanță.
În experimentul de gândire al lui Einstein, Podolsky și Rosen, de exemplu, există o non-localitate (Alice poate pregăti o particulă a lui Bob într-una din cele două stări incompatibile), dar informațiile nu sunt transmise. La urma urmei, valoarea coordonatei și valoarea pulsului pe care îl poate măsura Bob rămân aleatorii din punctul său de vedere chiar și după măsurarea lui Alice. Numai după ce a învățat de la Alice rezultatul măsurătorilor ei, el poate concluziona că starea particulelor sale sa schimbat.
Există exemple de teorii non-locale?
Quantum nonlocalitatea există numai în cadrul interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice. În concordanță cu aceasta, când se măsoară o stare cuantică, are loc colapsul. Dacă luăm ca bază o interpretare multi-lume, care spune că măsurarea statului doar extinde suprapunerea asupra observatorului, atunci nu există nicio localitate. Aceasta este doar o iluzie a observatorului, "neștiind" că a intrat într-o stare încurcată cu o particulă pe capătul opus al liniei cuantice.
În ce alte teorii fizice funcționează principiul localității? Electrodinamica lui Maxwell este locală?
Principiul localității este principiul universal al fizicii clasice, care include și electrodinamica lui Maxwell. Numai în mecanica cuantică există încălcări și chiar sub forma "luminii" - că unele corelații observate experimental nu pot fi explicate cu ajutorul parametrilor locali ascunși.
Este necesar să facem față cumva nonlocalității cuantice? Cum ne poate ajuta acest lucru?
Deoarece nonlocalitatea, așa cum am aflat, nu duce la consecințe catastrofale pentru ideile noastre despre lume, nu trebuie să "facem față" cu ea. Cu toate acestea, gândirea noastră ne oferă o înțelegere mai profundă a esenței mecanicii cuantice. În plus, entanglementul cuantic, care dă naștere la nonlocalitate, este piatra de temelie a computerelor cuantice și a altor tehnologii cuantice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: