Начало     Навигация    Блог     Книги Сергея Банцера    Поиск по сайту   

Платонова пещера

 

 

 

Div1.jpg (6045 bytes)

 

 

  

      

 

Этот текст защищён копирайтом
Его воспроизведение в любом виде без согласия правообладателя является нарушением действующего законодательства

Copyright © Сергей Банцер  

 

"Последний шаг разума"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] Де Бройль говорил об этом так: «прибор как раз и извлекает из состояния, которое существовало до измерения, одну из содержащихся в нем возможностей».

   

    [2] Это именно об этом ЭПР-эксперименте в те годы была статья в газете "The New York Times" под заглавием "Профессор Эйнштейн атакует квантовую теорию".                       

 

 

 

Copyright © Сергей Банцер  

Запутанный М-язык квантовых физиков

 (Глава из книги "Сёрфинг над Глубокими Водами)

"Милый друг, иль ты не видишь,
Что все видимое нами,
Только отблеск, только тени,
От незримого очами!"

 

 

     Мы уже привыкли к тому, что поэты видят чуть больше вещей, чем их есть в нашей Реальности. Поэтому попробуем получить сейчас подтверждение того, о чём Владимир Соловьёв написал в эпиграфе.

      Не изменяя формата этой книги (помните, "Понятно всем, дающим себе труд поразмышлять") мы опять будем продираться между Сциллой "понятности" и Харибдой "адекватности", и поговорим о квантовой механике.

      Так вот, один из фундаментальных принципов квантовой физики гласит: "Нельзя одновременно точно измерить координату и импульс квантовой частицы (например, электрона или фотона, дальше - просто "частицы"). То есть, квантовые частицы такие жуткие недотроги, находятся в непонятно каком состоянии, а, честно говоря - во всех возможных состояниях сразу. Нашему сознанию, отражающему  классическую физическую реальность (и то иногда в кривом зеркале), представить такой образ невозможно. А вот придумать для него термин можно - суперпозиция состояний. Тронешь квантовую частицу чтобы померить, скажем, её импульс, пожалуйста, она "проявит" какой-то определённый импульс из набора возможных[1], но о координате - забудь, там полная неизвестность. Тронешь, чтобы померить координату - проявит её тут же из набора, но импульса уже старого нет, вместо него опять набор или суперпозиция состояний. 

          Эйнштейн, который к этому времени был в зените своей славы, сразу сильно невзлюбил этот принцип, спорил из-за него с Бором и, в конце концов, вместе с Подольским и Розеном придумал мысленный эксперимент, который опровергал принцип неопределённости Гейзенберга. Хотя дело было аж в 1935 году, об этом мысленном эксперименте, который получил название "ЭПР-парадокс" (аббревиатура фамилий авторов статьи), сегодня не пишет только совсем ленивый автор научпопа. Поэтому нам ничего не остаётся делать, как тоже поговорить о нем, тем более, что в результате мы придём результату, сильно влияющему на наше мировоззрение. 

      В ЭПР-эксперименте предлагается измерять координату и импульс не у одной частицы, а у двух последовательно. Но частицы эти не любые с улицы, а находящиеся в "запутанном" состоянии ("entangled states"). Частицы в запутанном состоянии - это частицы, имеющие общую историю рождения, например, как близнецы, о которых мы говорили выше.  У таких частиц-близнецов всё общее, например, тот же импульс один на двоих, несмотря на то, что частицы разлетелись на большое расстояние. Поэтому, можно измерить импульс одной частицы, а вторую вообще не трогать, но импульс её уже знать (рассчитать). Изюминка ЭПР-опыта в том, что после разлёта частиц они больше не взаимодействуют и поэтому "трогание" первой частицы с целью измерить её импульс никак не должно отразиться на второй. А потом можно спокойно "тронуть" вторую частицу и узнать её координату. Т.о., говорят ЭПР, мы можем точно узнать и координату и импульс частицы. Принцип неопределенности Гейзенберга не работает. Наверное, поэтому на фото у Эйнштейна вид довольный, а у Бора озабоченный[2].

[3] Ну как тут не вспомнить бедную итальянскую балерину Ренату Эльзнер, у которой прямо на сцене начались родовые схватки, когда в это самое время её сестра-близнец рожала по-настоящему.

      На самом деле Бор был крепким орешком и сказал что-то типа: "Всё это не так на самом деле! Ошибка ЭПРов в том, что: хоть частицы разлетелись и не взаимодействуют друг с другом, но при "трогании" первой частицы при измерении её импульса (или другого параметра) вторая частица-близнец чувствует это так, как будто "тронули" и её.
   Причем почувствует мгновенно, вне зависимости от того, на какое расстояние разлетелись частицы-близнецы
[3].
    Поэтому при точном измерении координаты её импульс будет уже не таким, как его рассчитали. Принцип Гейзенберга работает!"
  Явление, описываемое выделенным выше текстом, называется "квантовые корреляции". 
     Для того чтобы ещё больше прояснить, о чём всё-таки идет речь, я зову ещё одного советника. Он нам представит взгляд немного под другим углом. Это всегда полезно, чтобы более полно представить себе какую-либо сущность. Об этом гласит и знаменитый "принцип дополнительности" Нильса Бора. Когда он был в Японии, на о. Хонсю, то гору Фудзияму, он назвал “воплощением самой идеи дополнительности”. А Фудзияму рассмотрел со всех сторон художник Хокусай в своих “Ста картинах Фудзиямы”. Но нашим советником будет не Бор и не Хокусай, а Брайан Грин. Брайан Грин (р. 1963) - физик-теоретик, профессор Колумбийского университета. Говоря о квантовых корелляциях, он приводит такую аналогию:

 [4] Брайан Грин. "Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности"

       "Запутанные состояния похожи на два комплекта магических игральных костей, из которых один брошен в Атлантик Сити, а другой в Лас Вегасе. Каждый комплект хаотически показывает то или иное число, однако эти числа всегда каким-то образом оказываются равными"[4]

 [5] На самом деле это не закон, а лишь постулат, введенный Эйнштейном при построении СТО.

     Эйнштейн высмеивал данный феномен, называя его «кошмарным дальнодействием». Именно к этому спору относится популярный афоризм Эйнштейна "Бог не играет в кости". Ещё он говорил, что если Бор окажется прав, то лучше бы ему, Эйнштейну не быть физиком, а устроиться работать смотрителем в казино. Поскольку это было время торжества специальной теории относительности Эйнштейна, а в ней запрещены скорости распространения сигналов выше скорости света в вакууме[5], то большинство физиков склонялись на сторону Эйнштейна.   

 

 

 

 

  [6] А что имеет "не вероятностную" природу? Вспомните стихи дяди Бобы про кирпич, упавший на голову.

   Авторы научпопа здесь всегда украшают приготовленный ими продукт специфической терминологией - "неравенства Белла", "проекция спина на ось", "квантовая нелокальность", "несепарабельные состояния" и другими словосочетаниями, служащими своеобразными паролями при общении - "свой-чужой".
          Но эта книга не совсем ведь научпоп, а точнее, совсем не научпоп, согласны? Поэтому в этой главе мы ограничимся одним термином - квантовые корреляции. Что он обозначает - выделено шрифтом двадцатью строчками выше. Несколько слов о корреляциях. Слово "корреляция" вполне обиходное и обозначает всего лишь связь, взаимозависимость, взаимовлияние каких-то двух процессов, имеющих вероятностную природу
[6]. Например, очередь за пивом и половая принадлежность субъектов этой очереди коррелируют друг с другом. А очередь за квасом и состояние "мальчик-девочка" элементов очереди - не коррелируют. Очередь же в кабинет гинеколога опять коррелирует с состоянием "мальчик-девочка", причем коэффициент корреляции более высокий, чем в случае очереди за пивом (там, в принципе, могла затесаться и любительница пива).

 

        Собственно от реального эксперимента и ждали проверки - изменяет ли вторая улетевшая частица-близнец свое состояние после того, как "потрогали" её сестричку (существуют квантовые корреляции или нет). Главная трудность эксперимента состояла в том, чтобы создать аппаратуру генерации частиц, находящихся  в запутанном состоянии, а измерения проводить в таком узком интервале времени, за который свет не успевал бы пробежать расстояние между частицами (чтобы исключить любую возможность связи частиц через известные физические процессы).  

          Первые достоверные результаты были получены аж в 1982 году (через 47 лет после мысленного эксперимента ЭПР) группой Алена Аспекта (по-французски Аспе) из Парижского университета.

          Вы за кого - за Эйнштейна или за Бора? Делайте ставки, сейчас я скажу результат.

          Так вот - Эйнштейн проиграл! Результаты группы Аспекта говорили однозначно - в момент измерения состояния первой из двух запутанных частиц состояние второй тоже меняется, как будто измерение проводили над ней! Причем, состояние второй частицы менялось за временной интервал, заведомо меньший, чем время распространения света между частицами (11 метров в эксперименте Аспекта)!

          Опять послушаем, что говорит наш советник Брайан Грин:

[7] Брайан Грин. "Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности"

       "Акт измерения одного фотона "вынуждает" другой удаленный фо­тон схлопнуться из тумана вероятности и принять определенное значение спина - значение, которое в точности равно спину его удаленного компаньона. И это поражает разум"[7]

[8] Виктор Вейскопф рассказывал о своей работе с Вольфгангом Паули: "Работать с Паули было восхитительно, абсолютно восхитительно! Ему можно было задавать любые вопросы, не боясь, что они покажутся ему глупыми. Дело в том, что он считал глупыми все вопросы".

[9] Д.Н.Клышко "Квантовая оптика: квантовые, классические и метафизические аспекты".  УФН,  с 1212. Т. 164. №11(1994)

Эх, не надо было Эйнштейну влазить в спор с Бором, тем более, что на стороне Нильса играли "молодые волки" - Гейзенберг и Паули[8]. Кстати последнему принадлежит высказывание: "Квантовая механика - это игры молодых".

 В общем, мир квантовых физиков переполошился. А дальше произошло то же, что и при строительстве Вавилонской башни (далеко идущая аналогия, кстати). Квантовые физики заговорили на разных языках! У языков даже появились названия - С-язык, Q-язык и М-язык. Относительно этих языков (а значит и мировоззрений физиков) я приведу мнение авторитетного физика-экспериментатора, изложенного в журнале "Успехи физических наук"[9]

   С-язык - классический, трактующий квантовую теорию и наблюдаемые эффекты в привычных наглядных образах, без претензии на универсальное количественное описание.

       Q-язык - квантовый язык, дающий согласующиеся с экспериментом предсказания;

          М-язык - метафизический, пытающийся дать традиционную реалистическую интерпретацию наблюдаемым явлениям и квантовому формализму с помощью, в основном, новых терминов.

 

 

 

[10]Фотон, описанный на М-языке (как у Фейнмана)

         Кстати, размышления о поведении одиночного фотона, взятые из книги Фейнмана "КЭД. Странная теория…",     в начале этой книги, ведутся на М-языке ("метафизический язык").

          А Клышко заканчивает статью в УФН словами:

           "М-фотон[10], как и 60 лет назад, остается "вещью в себе", и мы по-прежнему играем роль обитателей Платоновой пещеры, наблюдающих лишь тени или проекции квантового мира".

 

 [11]Мы уже говорили о платоновском представлении мироздания в  образе тёмной пещеры, в центре которой полыхает костёр. Люди сидят спиной к костру, не видя танцовщицы, а видят только пляшущие тени её танца на стенах пещеры. 
     Вот так, опять "платонова пещера"[11]… Опять "пляшущие тени проекций в Реальность квантового мира". Только уже не от поэта Александра Блока, чьи слова вынесены в эпиграф этой главы, а от вполне прагматичного физика-экспериментатора, пишущего в журнале Российской академии наук "Успехи физических наук", главным редактором которого в те годы был академик Гинзбург - убежденный материалист и атеист.  

     Обычно авторы, пишущие в жанре квантового научпопа, дальше рассказывают о квантовых компьютерах, кубитах, передаче информации со скоростью выше скорости света, и даже о телепортации. Квантовый научпоп плавно переходит в квантовое фэнтези и в нашей банальной Физической реальности происходит материализация духов в результате декогеренции на сфере Блоха (часть названия статьи Войцеха Зурека во вполне научном журнале американского физического общества Reviews of Modern Physics).  

 

          Мы об этом говорить не будем, во-первых, потому, что у нас другой формат, во-вторых, потому, что об этом и так написано много и, в-третьих, потому, что в нашей Физической реальности этого скорее всего пока нет. Самое простое - квантовые компьютеры. О том, как они устроены, и что такое "кубит" знают, наверное, воспитанники детских садов с углубленным изучением квантовой физики. Только наивная чукотская девушка не знает в наше время и то, что квантовый компьютер запросто решает задачу о факторизации 200-значного числа, на которой держатся все системы шифрования с использованием открытого ключа (public-key systems).

          Но! Поскольку со времени рекламного сообщения о выпуске первого квантового компьютера прошло десять лет, а с другой стороны ни одна криптографическая система у военных, банкиров и спецслужб не взломана (мы из того же интернета знали бы хоть краем уха об этом), делаем вывод - пациент скорее мёртв, чем жив. То же самое и насчёт "сверхсветового телеграфа". Да, передали что-то на 600 метров через Дунай со сверхсветовой скоростью, но потом (между прочим) пишут, что для того, чтобы понять, что именно передали, нужен параллельный "классический канал передачи информации". Совсем как в старом кино "Волга-Волга", когда товарищ Бывалов звонил из своего кабинета в гараж, расположенный во дворе, а его подчиненные дублировали сообщения голосом через открытое окно.                            

          Да нам и незачем говорить здесь о достижениях научно-технического прогресса в народном хозяйстве. Нам сейчас гораздо интереснее, что квантовые корелляции есть в нашей физической реальности (можете освежить суть этого термина).

          Две частицы в запутанном состоянии "чувствуют" друг друга хоть на миллион, хоть на миллиард километров, им без разницы. Это потому, что они на самом деле "единый квантовый объект", - говорят ученые-квантовики и замолкают, ставя многоточие.

          Помните аналогию Брайана Грина о двух комплектах магических игральных костей? Один бросают в Лас-Вегасе, другой в Атлантик-сити, они показывают каждый раз случайную комбинацию, но одинаковую для обоих казино?

          Так вот, оказывается до сих пор, одни физики считают, что это из-за того, что в процессе изготовления игральных комплектов они были так запрограммированы, чтобы "случайные" серии у них совпадали при как угодно долгом их использовании.  

          А другие физики говорят, что ничего подобного, просто, когда выпадает какая-то комбинация у одного комплекта, другой комплект-близнец тут же как-то "узнаёт" об этом и демонстрирует то же самое. Будь он даже не в Атлантик-сити, а в туманности Андромеды.  Причем "узнает" мгновенно. Естественно, речь на самом деле идет не о игральных костях, а  о квантовых частицах в запутанном состоянии.

          Но особой драмы вокруг этих разномыслий, как это было и есть с теорией относительности, современные физики не поднимают. И даже как-то помирили "мгновенно узнаёт" с запретом распространения чего-либо быстрее, чем свет в вакууме. Правда, тот же Грин пишет, что "Теория относительности вырвалась, оставив там кусок шерсти".

          В общем, как обычно в последние полвека, физики чего-то недоговаривают. Я даже знаю, с помощью Брайана Грина, что. То, что есть тонкая фундаментальная проблема.

 

  [12]Брайан Грин. "Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности"

       "Но история показывает, что тонкие фундаментальные проблемы иногда высеивают семена будущих революций. Так ли это, покажет только время"[12]

          Ну, а мы скажем то, чего они не договаривают, у нас ведь не научный семинар, а Сёрфинг над Глубокими водами. Для этого ещё раз вспомним слова вполне прагматичного (а, значит говорящего на Q-языке) экспериментатора (да и теоретика) Давида Николаевича Клышко, которого мы тоже приглашаем в наши советники: 

             "Мы по-прежнему играем роль обитателей Платоновой пещеры, наблюдающих лишь тени или проекции квантового мира"

          Так вот, две частицы в запутанном состоянии являются "тенями" в нашей физической реальности того самого "единого квантового объекта", который находится в "квантовом мире" по терминологии Клышко, или в Надфизической реальности по нашей с вами терминологии. Наш "единый квантовый объект", находящийся "там", связан со своими двумя "тенями", находящимися "здесь" и отражающимися в нашем сознании, вовсе не по пространственно-временному каналу связи. Этот канал связи, оторвавшись от нашей 4-х мерной физической реальности и уйдя через защитную мембрану в Надфизическую (Скрытую) реальность, сразу перестаёт отражаться в нашем сознании, равно, как и в приборах, сконструированных этим сознанием. А, коль этот канал не пространственно-временной, то и частицам-теням в нашей физической реальности связываться по нему одинаково все равно - хоть на 11 метров, как в эксперименте Аспекта, хоть на 11 световых лет, как в старом мысленном эксперименте Эйнштейна-Подольского-Розена.  

          Давайте под конец этой главы опять заглянем в "Платонову пещеру". Как и во времена Платона там в центре пляшет танцовщица, а люди сидят к ней спиной и только видят тени на стенах пещеры. Пусть девушку освещают два прожектора под разными углами, создавая на стене две тени. Эти две тени и есть наши два комплекта игральных костей, бросаемых в разных казино. Вас удивляет то, что их поведение синхронно? То, что одна тень мгновенно, без всякой задержки точно повторяет эволюции другой тени?

 

Этот текст защищён копирайтом
Его воспроизведение в любом виде без согласия правообладателя является нарушением действующего законодательства

Copyright © Сергей Банцер