Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени - [21]

Луи Виктор Пьер Раймон маркиз де Бройль (1892–1987)

ГЛАВА ВТОРАЯ ПАРАДОКСЫ КВАНТОВОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Мы многократно повторяли, что уравнения квантовой механики отличны от уравнений классической механики. Поэтому движение квантовых объектов ни описать, ни представить в классических понятиях и образах нельзя. Примерно так же, как нельзя отметить на глобусе все движения пассажира, пересекающего на пароходе Атлантику. Однако, как бы волны ни качали корабль и чем бы ни занимался при этом пассажир, в среднем он все-таки перемещается в соответствии с заданным курсом.

Пауль Эренфест, один из создателей квантовой физики

Открытие принципа неопределенности показало, что человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить.

Лев Давидович Ландау, нобелевский лауреат, выдающийся теоретик

ВОПРОСЫ КВАНТОВОГО МИРА

История закладки фундамента квантовой науки богата бурными дискуссиями между ее отцами-основателями о глубинном смысле новой реальности микромира.

Наиболее часто спор вращался среди вопросов:

— Какой еще смысл, кроме вероятностного, может иметь остающаяся во многих отношениях загадкой пси-функция?

— Как происходит переход от волновой сущности микрообъекта к его второму — дискретному «я»: посредством «коллапса волновой функции» или «редукции волнового пакета»?

— Как подобрать точную и наглядную картину — аналогию данного явления?

— Означает ли подобный подход, что наше будущее не определено и квантовый принцип причинности устанавливает между событиями в микромире лишь вероятностные связи?

— И наконец, насколько полно описывают объективную реальность законы квантового мира?

Именно подобные вопросы и подвигли Эйнштейна с его сотрудниками — Подольским и Розеном написать знаменитую статью «Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?». Они предложили парадоксальный мысленный эксперимент, из которого логически следовало, что для описания физических объектов волновой функции недостаточно. Тем самым утверждалось, что квантовая механика еще не до конца разработана и ее законы не полностью описывают наш мир. Эйнштейн, Подольский и Розен рассмотрели систему двух взаимосвязанных (коррелированных) частиц. В результате блестящего умозрительного анализа они сделали удивительный вывод, что «… поскольку эти системы уже не взаимодействуют, то в результате каких бы то ни было операций на первой системе во второй системе уже не может получиться никаких реальных изменений…».

Давайте и мы в несчетный раз проследуем по схеме рассуждений команды теоретиков Великого Физика. Итак, возьмем две микрочастицы и назовем их для образности А — Алиса и Б — Боб. Пусть данные квантовые объекты рождаются в одной точке, а затем разлетаются в разные стороны. В момент рождения ни у одной из частиц не определены координата и импульс, но в силу закона сохранения импульса сумма их импульсов в любой последующий момент времени равна нулю (как до рождения частиц). Теперь любое измерение координатного местоположения Алисы приведет к коллапсу ее волновой функции, и в тот же момент «схлопнется» и волновая функция Боба, поскольку его координаты автоматически уточняются через данные Алисы! Если волновая функция полностью характеризует частицу, то, значит, с Бобом действительно что-то произойдет, а ведь измерение проводилось над Алисой, которая могла быть в этот момент очень далеко от Боба, даже на другом краю Метагалактики! Это напоминает мистическую магию — Алиса дергает за невидимую ниточку, и где-то во Вселенной возникает улыбающийся Боб! В этом и заключается парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена или, сокращенно, ЭПР-парадокс.

Игральные кубики квантовой вероятности

Философия успокоения Гейзенберга — Бора (или религия?) так тонко придумана, что предоставляет верующему до поры до времени мягкую подушку, с которой его не так легко спугнуть. Пусть спит… Большой первоначальный успех квантовой теории не может заставить меня поверить в лежащую в основе всего игру в кости.

Альберт Эйнштейн

Модель редукции (коллапса) волновой функции

Акт измерения в квантовой механике мгновенно изменяет волновой вектор. Эта странная операция называется коллапсом волновой функции или редукцией волнового пакета. Однако все дело в том, что уравнение Шрёдингера просто не имеет подобных «разрывов» в своих решениях. Так что же происходит с волновой функцией в процессе измерения и как эти процессы описать на языке квантовой механики?

Эксперименты по проверке ЭПР-парадокса

Лазеры возбуждают в вакуумной камере отдельные атомы, испускающие при этом фотоны — кванты электромагнитного излучения. Фотоны разлетаются в противоположных направлениях, путешествуя внутри многометрового световода. После поляризаторов они попадают на фотодетекторы. Согласно квантовой механике, должна существовать тонкая корреляция между поляризациями разлетающихся фотонов, что, в общем, и подтвердили последующие эксперименты.

ПАРАДОКС ЭЙНШТЕЙНА — ПОДОЛЬСКОГО — РОЗЕНА

При анализе эксперимента Эйнштейн, Подольский, Розен полагали, что два различных измерения над одной частью квантовой системы не могут привести к различным состояниям второй составляющей в силу отсутствия взаимодействия между ними. Это гипотетическое свойство квантовых систем получило впоследствии название