ТЕОРЕМА Д. БЕЛЛА И ОПЫТЫ А. АСПЕКТА

Огромный шаг в понимании чисто квантовых состояний сделал Джон Белл (1964) *. (* J. S. Bell. On the Einstein Podolsky Rosen paradox // Physics 1, 3, 195–200, 1964) Он показал, что «объективная локальная теория», защищаемая А. Эйнштейном, с одной стороны, и квантовая механика, с другой, дают разные предсказания для результатов измерений. Предложенная им теорема (или так называемые неравенства Д. Белла) позволяет ответить на вопрос о том, какой из подходов — квантовый или классический — справедлив, исходя из анализа результатов физического эксперимента. Фактически теорема Д. Белла утверждает, что локальная классическая теория и нелокальная квантовая механика дают разные предсказания для статистики результатов измерений. Иными словами, правильно поставленный эксперимент может открыть физикам возможность точно определить, в каком мире мы живем и действительно ли существуют в нем нелокальные связи.

Соответствующий эксперимент впервые был поставлен группой Алена Аспекта *, (* A. Aspect, P. Grangier, G. Roger. Phys. Rev. Lett. 49, 91, 1804 (1982) и затем полученные результаты были подтверждены сотнями других экспериментальных исследований.

Фотоны от источника при помощи системы линз направлялись к поляризационным анализаторам, а затем — к детекторам. Измерение позволяло определять состояния изучаемых объектов, в данном случае — направления поляризации фотона: при продольной поляризации он проходит через анализатор, при поперечной — задерживается им. Для эксперимента необходимо регистрировать только 2 фотона, испущенных одним и тем же атомом. Это достигалось методом временных совпадений: если оба детектора зарегистрируют фотон, и разность времен регистрации не превысит окно в 20 нс (1 нс = 10–9с), то с очень большой вероятностью можно утверждать, что оба фотона были одновременно испущены одним и тем же атомом.

В рамках классического подхода воздействие на один из фотонов не могло бы повлиять на состояние другого, если между ними нет взаимодействия.

Я не буду касаться деталей этих достаточно сложных экспериментов, одна подготовка которых заняла 8 лет, и отошлю особо любопытных читателей к одному из многих источников *. (* См., например, журнал «В мире науки (Scientific American)». 1988. № 3. С. 22).

Эксперименты А. Аспекта однозначно засвидетельствовали, что опыты над квантовыми объектами (ЭПР-парой) полностью подтвердили предсказания квантовой теории о существовании нелокальных связей, то есть показали, что между двумя фотонами, испущенными одним источником, действительно существует квантовая корреляция, подтверждающая нелокальность окружающего нас микромира.

Иными словами, измерение, проведенное над одним из фотонов ЭПР-пары, полностью определяет результат измерения над другим фотоном, сколь бы далеко они не были бы пространственно разнесены. Самый важный результат эксперимента состоит в том, что связь между фотонами действительно носит принципиально нелокальный характер, то есть мгновенна.

Дальнейшая экспериментальная проверка (прямые эксперименты А. Аспекта * (* А. Aspect, Ph. Grangier, G. Roger. Phys. Rev. Lett. 49, 91 (1982); A. Aspect, J. Dalibardand, G. Roger. Phys. Rev. Lett. 49, 1804 (1982) и многих других исследователей окончательно опровергла мнение Эйнштейна и подтвердила правильность вывода квантовой теории о нелокальности окружающей нас реальности.

В книге «Квантовая реальность: за пределами новой физики» профессор Стэнфордского университета Ник Герберт, развивая идеи Белла о существовании нелокальных связей, разработал лаконичное математическое доказательство этого уникального свойства Вселенной — существования взаимосвязей за пределами времени и пространства.

В 2003 году было доказано существование нелокальных квантовых корреляций не только у фотонов, но и в макроскопических системах с громадным (около 1023) числом частиц *. (* S. Ghosh, T. F. Rosenbaum, G. Aeppll, S. N. Coppersmith. Entangled quantum state of magnetic dipoles // Nature 425, 48 (2003). Последнее означает, что даже классические объекты сохраняют неразрывную связь с целым, носящую чисто квантовый характер.

То, что квантовыми свойствами обладают не только микрочастицы, но и макроскопические объекты, было показано также Антоном Цайлингером с сотрудниками, получившими интерференционную картину от одновременного прохождения молекул тетрафенилпорфирина или фуллерена через две щели *. (* Hackermueller L., Uttenthaler S., Hornberger K., Reiger E., Brezger B., Zeilinger A. and Arndt M. Wave Nature of Biomolecules and Fluorofullerenes. Phys. Rev. Lett. 91, 090408 (2003); Hackermueller L., Hornberger K., Brezger B., Zeilinger A. and Arndt M. Decoherence of matter waves by thermal emission of radiation // Nature 427, 711 (2004). Эти эксперименты также показали, что «проявление» суперпозиционных квантовых состояний молекул вызывается обменом информацией между подсистемой (в данном случае — частицей фуллерена) и окружающей средой! Важнейшим итогом этих опытов стало доказательство выводов квантовой теории о том, что в основе наблюдаемой реальности лежит нелокализованная и «невидимая» квантовая реальность, которая становится локализованной и «видимой» в ходе происходящего при взаимодействии обмена информацией и сопутствующей этому процессу фиксацией состояний!

Значение идей Д. Белла выходит за пределы квантовой физики. По утверждению Генри Стаппа, теорема Белла показала «глубокую истину, что Вселенная либо лишена всякой фундаментальной закономерности, либо фундаментально нераздельна».

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: