Квантовые голуби не усаживаются на насест в парах
Quantum pigeons do not roost in pairs
Парадоксальные голуби - самая поздняя квантовая загадка
Сначала была кошка Шредингера, теперь же международная группа физиков придумала новый парадокс, связанный с животным,- "квантовые голуби".
В течение почти века студенты изо всех сил пытались понять много идущих вразрез с интуицией следствий квантовой физики. Вероятно, самый известный парадокс - кошка Шредингера, в соответствии с которым кошка и мертвая и живая одновременно, иллюстрируя то факт, что частица может существовать одновременно в двух квантовых состояниях.
Теперь, Джефф Толлэксен [Jeff Tollaksen] из Университета Чэпмена в Калифорнии с коллегами в Израиле, Италии и Великобритании предложили одинаково причудливый сценарий дублированного "эффекта квантового голубиного гнезда". Парадокс начинается с наблюдения, что, когда Вы помещаете трех голубей в два гнезда, всегда окажется, по крайней мере, два голубя в одном гнезде. Но согласно квантовому анализу, указанной выше группы физиков, возможна ситуация, что ни один из голубей не делит свое гнездо ни с кем или, что в гнезде не окажется ни одного голубя.
"Это одна из тех вещей, которые, кажутся невозможными", говорит Толлэксен. Но это - прямое следствие квантовой механики и, он добавляет: "У этого действительно есть огромные последствия".
Недетерминированные измерения
Классическая физика детерминирована. Это означает, что измерение начального состояния системы, в принципе, скажет Вам все, чтобы определить конечное состояние. Но в 1964 Якир Ааронов [Yakir Aharonov] из университета Чэпмена и университета в Тель-Авиве обнаружил, что в квантовой механике, Вы можете выбрать полностью независимые начальное и конечное состояния, говорит Толлэксен.
Теперь Ааронов объединился с Толлэксеном и коллегами, чтобы используя понятия квантовой механики, теоретически допустить эффект квантового голубиного гнезда. Они считают, что эффект возникнет, когда наблюдатель выполнит последовательность измерений, пытаясь затолкать три частицы в две коробки. Во-первых, Вы выполняете измерение "предварительного выбора" по локализации частиц. Затем, Вы можете выполнить промежуточное измерение, чтобы увидеть, находятся ли две частицы в коробке. Наконец, Вы делаете завершающее измерение "после-выбора" по локализации. Вы можете провести измерение предварительного выбора и измерение после-выбора таким образом, что они абсолютно независимы. На промежуточном шаге Вы можете сделать то, что называют слабым измерением, чтобы посмотреть на все три частицы одновременно. И когда Вы это делаете, оказывается, что никакие две частицы не обнаруживаются в одной коробке.
Мистический и бездонный
Следствия этих результатов, говорит Толлэксен, дополняют известный парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР), согласно которому две частицы, некогда находившиеся в одном том же месте, могут стать глубоко коррелированными, такую связь называют запутанностью. Выясняется, что измерение состояния первой частицы, влияет на состояние второй частицы, даже если они впоследствии разнесены на столь большое расстояние, что невозможно объяснить влияние, используя классическую физику. Этот не обычный вывод вынудил Эйнштейна называть запутанность "мистическим (жутким) действием на расстоянии".
"ЭПР - одно из самых глубоких открытий в науке", говорит Толлэксен. "Но это - только половина истории". Принцип квантового ящика создает несколько противоположную ситуацию, объясняет он. Три частицы могут быть по началу не связанными или без корреляций вообще. Вы объединяете их и вынуждаете их взаимодействовать, заталкивая их в две коробки. Во время этой промежуточной стадии они более сильно коррелированы, чем классически возможно. Но в конце концов, они оказываются не коррелированы вовсе.
Парадокс ЭПР имеет важное значение и формирует наше понимание информации и фундаментальных вопросов физики. Хотя слишком рано предсказывать какие либо последствия, он полагает, что принцип квантового ящика, может оказать влияние на многое. "Это, по крайней мере, очень глубинное влияние, если не бездонное", говорит он. Это подразумевает новое понятие удивительной корреляции.
Электронные голуби
Чтобы проверить их заключения, Толлэксен и коллеги предлагают эксперимент, в котором три электрона проходят через интерферометр. Это - по существу разделитель луча, создающий два отдельных пути для электронов, которые после встречаются снова.
Поскольку есть только два возможных пути, Вы ожидали бы, что, по крайней мере, два электрона пойдут одним путем. Если так, тогда эти два электрона будут близки друг к другу и будут взаимодействовать: их одноименные электрические заряды будут отталкивать их друг от друга, немного отклоняя их траектории. Тогда физики будут в состоянии обнаружить эти отклонения, когда все три электрона воссоединятся после того, как их пути сойдутся. Но, Толлэксен говорит, что по их вычислениям никакие два из этих трех электронов не будут фактически следовать одним и тем же путем, а поэтому никакие отклонения наблюдаться не будут.
Физики еще не провели этих экспериментов, но Толлэксен уверен в их результатах. "Я уверен, что это будет подтверждено экспериментально очень скоро", говорит он.
Новые результаты кажутся "захватывающими", говорит Леонард Саскинд [Leonard Susskind] из Стэнфордского университета. "Я предположил бы, что новый эффект - серьезный шаг в понимании квантовых корреляций".
ENGLISH VERSION
НА ГЛАВНУЮ
