Говард Вайзман

В поисках квантовых ошибок Эйнштейна

Квантовая физика даже по меркам физики как науки является весьма и весьма запутанной областью; даже гении уровня Альберта Эйнштейна не могли претендовать на полное понимание предмета. Команде австралийских и японских ученых, к примеру, недавно удалось показать, что Эйнштейн ошибался минимум в одной из своих 'квантовых' предпосылок – касавшейся так называемого 'жуткого дальнодействия' частиц.

Альберт Эйнштейн, вне всякого сомнения, был гениальным ученым; увы, даже настоящий гений не застрахован от ошибок. Есть основания полагать, что сравнительно недавно ученые из университета Гриффитса обнаружили новую ошибку в теориях Эйнштейна. В 20-х и 30-х годах ученый признавал, что не поддерживает теорию о влиянии измерения частицы на её положение – так называемом 'жутком дальнодействии'. Сейчас группа ученых из Японии и Австралии сумела показать, что 'жуткое дальнодействие' действительно наблюдается – во всяком случае, при работе с фотонами; таким образом Эйнштейн оказался в данной ситуации не вполне правым.

Ключевую роль в доказательстве неправоты Эйнштейна сыграл профессор Говард Вайзман из университета Гриффитса; работая вместе с учеными из университета Токио, он сумел показать и измерить то, во что Эйнштейн не верил. 'Нелокальный коллапс волновой функции', выражаясь научным языком, долгое время оставался концептом теоретическим. Квантовая механика предполагает, что любую отдельную частицу можно описать с помощью волновой функции, распространяющейся на большие расстояния, но никогда не наблюдаемой в двух местах одновременно. Как раз последняя деталь в определении и вызвала в свое время скепсис Эйнштейна – в 1927-ом ученый дал понять, что не верит в то, что сам назвал 'жутким дальнодействием'. Мгновенный коллапс волновой функции просто по факту наблюдения частицы выглядел, действительно, не вполне однозначно; само его существование можно было объяснить общей теорией, в которой вселенная представала в виде вероятностной волны. Согласно такой теории, каждая частица во Вселенной одновременно пребывает в нескольких местах сразу – причем на каждое место приходится определенная вероятность. Классический опыт предусматривает выстрел электроном сквозь экран, в котором проделано два отверстия-щели. В обычных опытах частица пройдет сразу через обе щели. С другой стороны, если за процессом будет организовано наб

людение – к примеру, посредством нацеленной на точки прохода камеры – волновую функцию ожидает коллапс и проход произойдет лишь через одну из щелей.

По мнению Эйнштейна, феномен этот существовать не мог; он, помимо прочего, нарушал ведущий принцип теории относительности – принцип о максимальности скорости света как скорости передачи любого рода информации. Сейчас, однако, недоверие великого ученого скорее всего было бы рассеяно – ибо проведенный австралийско-японской командой опыт предполагает вполне однозначные выводы и интерпретацию. Через 90 лет после того, как Альберт Эйнштейн озвучил свое мнение, теорию жуткого дальнодействия удалось доказать на практике. Для этого ученым понадобился один фотон и две лаборатории; специальные гомодинные детекторы (приборы, измеряющие волновые свойства) показали, что коллапс волновой функции – эффект вполне реальный и наблюдаемый в реальности. Следует отметить, что через несколько лет раздражавшее Эйнштейна противоречие удалось устранить; дальнейшие эксперименты показали, что взаимодействие между двумя квантовыми частицами пусть и происходит быстрее скорости света, но для передачи информации не пригодно в принципе.

Опыты подобного рода ставились и раньше, однако такого рода доказательства ученым получать не удавалось; если раньше работы велись с парами частиц, сейчас экспериментаторы работали с одним фотоном. Феномен сам по себе является весьма и весьма сильным подтверждением существования квантового запутывания одиночных частиц. Ученые давно интересовались этой конкретной разновидностью квантовой запутанности; предполагалось, что именно с его помощью можно будет наладить действительно эффективные системы квантовых коммуникаций и вычислений.

Профессор Вайзман поясняет, что Эйнштейн когда-то не воспринял ортодоксальную квантовую механику; в основе его несогласия с данной теоретической системой был именно возникший в его мыслях парадокс одиночной частицы. Именно поэтому д

я ученых было так важно показать нелокальный коллапс волновой функции на одной частице; это, надо сказать, удалось им в полной мере. Когда-то Альберт Эйнштейн считал, что проблема обнаружения частицы куда лучше объясняется именно тем, что частица эта присутствует только в одной точке; это позволяло бы отказаться от идеи мгновенного коллапса волновой функции во всех остальных точках. Вайзман и его коллеги сумели поставить эксперимент так, чтобы опровергнуть предпосылки великого предшественника; использование специальных детекторов помогло им получить весьма интересные результаты. Одна группа исследователей получила одни данные, другая же – с помощью квантовой томографии – смогла проверить эффект принятых решений. Различные решения приводили к различным коллапсам волновой функции – тем самым подтверждая наличие этой самой функции и показывая, что Эйнштейн в своем скепсисе был все же не прав.

Конечно, даже сейчас еще очень и очень рано хотя бы мечтать о полном раскрытии тайн квантовой механики; область эта, несмотря на все сделанные в ней прорывы, все еще остается весьма и весьма сложной. В перспективе, однако, раскрытие тайн квантового мира сулит невероятные возможности; так, квантовые компьютеры в теории будут способны производить вычисления со скоростью, на порядок превосходящей существующую, а квантовые формы передачи данных – опять-таки, в теории – скоростью своей вполне могут превзойти все имеющиеся аналоги. Работы в данной области ведутся и дальше; ученые по всему миру продолжают усердно вырывать у квантов их тайны, постигая их все лучше и лучше. Наверняка в будущем будет опровергнуто еще немало крупных теорий – как показали опыты Вайзмана, даже гении уровни Альберта Эйнштейна не застрахованы от ошибок; рано или поздно, однако, даже в квантовой физике для человека не останется никаких тайн – такова уж неуемная природа человеческого любопытства, не дающего людям останавливаться перед тайнами и загадками.