Дивне явище: що таке квантова заплутаність, яка суперечить здоровому глузду

Квантова заплутаність являє собою явище у квантовій фізиці, яке суперечить здоровому глузду, коли дві субатомні частинки залишаються глибоко пов'язаними, навіть якщо їх розділяють мільярди світлових років. Зміна в одній частинці миттєво впливає на іншу частинку, незалежно від відстані між ними. У 1964 році фізик Джон Белл припустив, що такі зміни можуть бути спричинені та відбуватися миттєво, навіть якщо частинки перебувають дуже далеко одна від одної. Ця ідея, відома як теорема Белла, кинула виклик усталеним принципам фізики. Десятиліттями раніше Альберт Ейнштейн продемонстрував, що ніяка інформація не може поширюватися швидше за швидкість світла. Стурбований цим протиріччям, Ейнштейн назвав квантову заплутаність "моторошною дією на відстані", пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Що таке квантова заплутаність?

Квантова заплутаність — це коли система перебуває в суперпозиції більш ніж одного стану. Прикладом може слугувати підкинута монета. Ви підкидаєте монету, але не дивитеся на результат. Ви знаєте, що це або орел, або решка, але не знаєте, що саме. Суперпозиція означає, що ця інформація не просто вам невідома, а стан орла чи решки навіть не існує, доки ви не подивитеся на монету, тобто не проведете вимірювання.

Суперпозиція потрібна, щоб зрозуміти квантову заплутаність. Це явище у квантовій фізиці являє собою особливий вид суперпозиції, яка включає два розділених місця в просторі. Приклад із монетою — це суперпозиція двох результатів в одному місці.

Прикладом квантової заплутаності може бути джерело світла, яке випускає два фотони одночасно. Ці два фотони можуть бути заплутані так, що поляризації окремих фотонів можуть мати будь-яку орієнтацію, але фотони пари завжди мають збіжну поляризацію. Поляризація світла залежить від електричного поля світлової хвилі. Коли світло поширюється з однієї точки в іншу, його електричне поле буде коливатися впоперек цього напрямку поширення. Воно може коливатися у вертикальній площині, у горизонтальній площині або в будь-якому напрямку між ними.

Чи швидша квантова заплутаність, ніж швидкість світла?

Вимірювання поляризації одного фотона, показує стан іншого фотона. Але це нормально, поки вимірювання іншого фотона відбувається після першого вимірювання. Але тут є проблема. Якщо другий фотон вимірюється на Плутоні, світлу може знадобитися 6 годин, щоб дістатися туди, тому, оскільки інформація не може переміщатися швидше за швидкість світла, другий фотон не знатиме, в якому стані він має бути. Але виявляється, що цей другий вимір завжди відповідатиме першому, незалежно від того, коли його було проведено. Схоже, що необхідна інформація повинна була переміщатися швидше за швидкість світла. Але це неможливо, адже ніщо не може переміщатися швидше за швидкість світла. Тож найімовірніше це випадковість, що розділені величезною відстанню частинки мають схожі характеристики під час вимірювання.

Чи довели вчені квантову заплутаність?

Понад 50 років вчені по всьому світу експериментували з теоремою Белла, але так і не змогли повністю перевірити її. Але 2015 року фізики провели нову перевірку теореми Белла і знайшли підтвердження основної ідеї. Експеримент показав, що вимірювання одного фотона впливають на інший фотон у квантово заплутаній парі. Минулого року ще одне дослідження показало, що Белл мав рацію, і будь-яка модель світу, що містить приховані змінні, повинна також допускати вплив квантово заплутаних частинок одна на одну на відстані

Як уже писав Фокус, фізики виявили зв'язок між чорними дірами і темною енергією. Вчені вважають, що чорні діри зберігають у собі загадкову форму енергії, яка керує прискореним розширенням Всесвіту.

Також Фокус писав про теорію змови, яка передбачає, що на орбіті навколо Землі обертається космічний корабель інопланетян. Ця теорія набула масового поширення під час будівництва МКС у 1998 році. Але у NASA є пояснення тому, що насправді деякі люди приймають за інопланетний об'єкт.

Ще Фокус писав про те, що вчені провели перші в історії вимірювання швидкості квантової заплутаності. Фізики вивчили, як саме вона починається.