Квантовая паутина

В начале февраля 2017 года нобелевский лауреат Алан Гут и ряд других известных физиков заявили о первой проверке постулатов квантовой механики на галактическом уровне, используя источники света, удаленные друг от друга на 600 световых лет (новость опубликована в журнале Physical Review Letters). Физики впервые проверили квантовую физику на межзвездных расстояниях.

«При проверке квантовых теорий скептики всегда выдвигают один очень сложный и интересный вопрос – насколько мы свободны в выборе частиц, которые мы используем для проведения наших замеров. Возможно, что их выбор очень ограничен, что создает иллюзию «запутанности» состояний частиц, которой на самом деле нет. В данном случае мы «свалили» право такого выбора на саму Вселенную. И, извини, Эйнштейн, но ты не прав», — заявил Эндрю Фридман (Andrew Friedman) из Массачусетского технологического института (США).

В 1935 году Альберт Эйнштейн поставил под сомнение принцип квантовой теории о том, что наблюдение одной частицы мгновенно влияет на состояние связанной с ней частицы, где бы она ни находилась. Это означает, что информация от частицы к частице передаётся быстрее скорости света, что Эйнштейн считал невозможным и несовместимым с теорией относительности.

Главным аргументом Эйнштейна и его сторонников было то, что знаменитый физики называл «призрачным действием на расстоянии» – невозможный с точки зрения теории относительности феномен того, что связанные друг с другом на квантовом уровне частицы, удаленные друг от друга на большие расстояния, будут менять свои свойства одновременно.

«Призрачное действие на расстоянии» означает, что некоторые атомы в нашем теле могут быть связаны с невидимой сетью атомов на другом конце Вселенной, так что движения нашего тела могут мгновенно влиять на состояние атомов за миллиарды световых лет от нас, порождая кажущееся нарушение законов общей теории относительности. Эйнштейну эта идея не нравилась, поскольку означала, что Вселенная нелокальна; то есть события здесь, на Земле, мгновенно влияют на события на другом конце Вселенной, а значит, информация туда передается быстрее света.

С 70-х годов прошлого века физики пытались проверить данное свойство частиц. Для этого были сформулированы так называемые неравенства Белла и условия эксперимента Белла. Но учёным никак не удавалось избавиться от проблем экспериментальной установки или «лазеек», которые не позволяли назвать эксперимент чистым и корректным, действительно опровергающим теорию относительности и демонстрирующим передачу информации быстрее скорости света.

В октябре 2015 года исследователям из технологического университета Делфта (Нидерланды) удалось впервые в истории провести корректный эксперимент Белла. Экспериментаторы проверили состояние частиц на расстоянии 1,3 км и зарегистрировали совпадение ~96%. Это больше, чем предсказано теоремой Белла.

В реальности исследователями из технологического университета Делфта подтвердился принцип квантовой механики, что у электронов нет характеристик до тех пор, пока их не наблюдают с помощью детектора. До этого момента частицы существуют в нескольких состояниях одновременно.

За последние тридцать лет физики провели множество экспериментов, которые стабильно показывали, что Эйнштейн был не прав, однако многих скептиков это не убедило.

Алан Гут предложил наиболее строгую и «далекую» на сегодняшний день проверку выкладок Джона Белла, используя в качестве источников света две далеких звезды в нашей Галактике – HIP 56127 и HIP 105259, удаленные друг от друга и от нас на сотни световых лет.

Для проведения подобных наблюдений ученые Массачусетского технологического института подключили свое оборудование к двум телескопам, оснащенным специальными светофильтрами, пропускавшими или красный, или синий свет. Эти фотоны ученые пропускали через специальный набор отражателей и световодов, который работал как своеобразный генератор случайных чисел, определявший то, каким из двух способов ученые измеряли свойства двух «запутанных» фотонов, отделенных друг от друга на километр.

Почему Алан Гут и его коллеги использовали свет звезд? Дело в том, что длина волны, которой обладает тот или иной фотон, определяется в момент его выхода на поверхность звезды, испустившей его, и не меняется до того времени, пока он не достигнет Земли и не попадет в наш глаз или на матрицу телескопа.

Это гарантирует то, что фотоны, свойства которых ученые измеряют, попали к нам в том виде, в котором они родились 600 или более лет назад среди множества других фотонов, на расстоянии в триллионы километров от Земли и друг от друга. Соответственно, экспериментатор не мог влиять на определение их «цвета», так как его в тот момент просто не существовало, и никакие силы природы, неизвестные нам, не могли связать свойства фотонов на таких больших временных и пространственных дистанциях таким образом, чтобы «запутанные» частицы случайным образом «казались» нам связанными.

Наблюдения, проведенные командой ученых, показали, что «незримая связь» между фотонами действительно существовала, и что вероятность ошибки при замерах не превышала 10^-33 степени (1 шанс из 1000000000000000000000000000000000 попыток).

Вывод таков: квантовая механика работает и на очень больших расстояниях, и в космологических масштабах. В ближайшее время ученые планируют провести похожий эксперимент, используя свет квазаров – активных ядер далеких галактик – удаленных от нас на миллиарды световых лет.

Как пишет Мичио Каку («Параллельные миры»): «Существует космическое «сцепление» между каждым атомом нашего тела и атомами, которые находятся на расстоянии световых лет от нас. Поскольку все вещество произошло из одного источника — Большого Взрыва, — то в каком-то смысле все атомы нашего тела связаны с атомами на другом конце Вселенной при помощи космической квантовой паутины. Сцепленные частицы чем-то похожи на близнецов, все еще связанных между собой пуповиной (волновой функцией), которая может быть длиной во много световых лет. Происходящее с одним близнецом автоматически воздействует и на другого, а отсюда знание об одной частице может незамедлительно предоставить информацию о ее двойнике. Сцепленные частицы ведут себя так, как если бы они представляли собой единый объект, хотя они и могут быть разделены неимоверными расстояниями».

Квантовая физика радикально изменила наши представления о мире. Мир состоит из энергии и информации.

Все в мире наполнено энергией. Вселенная реагирует на мысль. Энергия следует за вниманием. То, на чем ты фокусируешь свое внимание, начинает изменяться.