0

Призрачность реальности

Квантовая физика, одна из областей знания, возникших в результате научной революции ХХ столетия, лежит в основе большинства современных технологий. Без достигнутого ею понимания законов природы невозможно было бы понять принципы работы транзисторов, компьютерных чипов и лазеров. Однако, несмотря на широчайшее проникновение квантовой физики в практику, до сих пор существует пугающая теоретическая проблема, идущая вразрез с общепринятой точкой зрения, заключающейся в том, что природные явления должны неизбежно существовать независимо от наших наблюдений. Например, в отличие от объектов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, две или более квантовых частиц – элементарных частиц вещества, имеющих волновые свойства – могут быть связаны между собой таким образом, что независимо от того, насколько далеко друг от друга они находятся, они, тем не менее, при наблюдении показывают одни и те же свойства. Альберт Эйнштейн назвал это явление «призрачным воздействием на расстоянии». Однако то, что во времена Эйнштейна было не более чем логическим выводом, следовавшим из новой тогда теории квантовой механики, в наше время является основной научной проблемой, решением которой занимаются физики-экспериментаторы во всем мире, и стало фундаментальным понятием в недавно возникшей области знания - квантовой информационной технологии. «Призрачное воздействие на расстоянии» Эйнштейна, которое нобелевский лауреат, австрийский физик Эрвин Шредингер обозначил термином «эффект запутывания» и назвал сущностью квантовой физики, не означает, что две, связанные таким образом частицы, показывают одинаковые свойства при наблюдении за ними просто потому, что они были рождены с этими свойствами. Скорее это означает, что измерение, выполненное над одной из частиц, мгновенно влияет на состояние другой частицы. Ирландский физик Джон Белл продемонстрировал в 50-е годы, что корреляции, предсказываемые квантовой теорией для «запутанных» частиц, не могут быть поняты таким образом как, скажем, сходства, проявляемые однояйцевыми близнецами, которые являются следствием общих генов. Наоборот, измерение, полученное в результате наблюдения за одной из «запутанных» частиц является совершенно случайным без какого-либо скрытого объяснения, и, тем не менее, ее «запутанная» сестра тут же претерпит изменения, чтобы стать идентичной. Наиболее интересным потенциальным применением эффекта квантового запутывания является возможность квантовой телепортации – многие ученые рассматривают ее как один из способов обмена информацией между квантовыми компьютерами. Для того чтобы понять, как могла бы работать такая технология, представьте себе, что у Алисы есть квантовая частица, которую она хочет телепортировать Бобу. В принципе, до тех пор пока они владеют «запутанной» парой однотипных частиц, все, что Алисе следует сделать - это перенести свойства частицы, которую она хочет телепортировать, к той частице, что с ней «запутана». Эта процедура мгновенно телепортирует свойства частицы Алисы частице Боба, и последняя становится идентичной оригиналу, при этом она неизбежно теряет всю информацию, которую несла до того. Конечно, это легче сказать, чем сделать. Хотя в лаборатории и было показано, что квантовая телепортация работает на расстоянии до одного метра в случае фотонов (частиц, из которых состоит свет), однако распространение процедуры телепортации на большие расстояния и крупные объекты представляет для экспериментаторов проблему невероятной сложности. В настоящее время различные лаборатории работают в этом направлении, но никому еще не удалось создать даже простейший квантовый компьютер, и неясно, будут ли эти машины создаваться именно таким образом, как в настоящий момент мы себе представляем. Однако на более глубоком уровне такие эксперименты заставляют нас встать лицом к лицу с фундаментальными вопросами о природе реальности. Эйнштейн утверждал, что измерение, выполненное на одной из квантово-запутанных частиц, никогда не должно трансформировать реального состояния другой частицы. Но, по-видимому, именно трансформация имела место в ходе экспериментов, которые проводились впоследствии. Пока не проводится измерение, ни одна из частиц не имеет никаких реальных свойств, эти свойства создаются для обеих частиц одновременно в ходе измерен��я. Более того, последовательность измерений, по-видимому, не играет никакой роли, так как теоретические расчеты дают один и тот же результат независимо от того, какая из частиц, А или Б, измеряется первой. Одинаково аргументировано можно утверждать, что наблюдение за частицей А оказывает влияние на частицу Б или что наблюдение за частицей Б влияет на частицу А. Все это наводит на мысль о новом понимании физической реальности - понимании, в котором измерение и интерпретация гораздо сильнее влияют на мир, чем предполагается в классической физике – или даже, в этом отношении, в повседневной жизни. Например, когда мы видим цвет автомобиля, мы предполагаем, что это информация вторичного порядка. Первичным здесь является то предположение, что есть сам автомобиль со всеми его физическими свойствами, и таким образом мы занимаемся ни чем иным, как делаем утверждение о том, что уже существует. Однако в квантовом мире ситуация оказывается намного более сложной, так как акт наблюдения сам по себе создает реальность. То, что мы можем сказать о свойствах квантовой частицы в общем, не является утверждением о ее свойствах, которые существовали до измерения. Другими словами, если с точки зрения общепринятого мировоззрения, научного и прочих, считается, что то, что можно точно сказать об объекте, определяется реальностью, то с точки зрения мировоззрения, учитывающего эффект квантового запутывания, точное описание реальности определяется тем, что может быть сказано.