Квантовая механика – теория, управляющая микромиром атомов и элементарных частиц – определённо самая запутанная и контринтуитивная из всех областей физики. Из-за этого она поражает воображение и интригует нас. В 2022 году нобелевку по физике дали Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру. Все трое внесли важнейший вклад в исследование явления квантовой запутанности и подтверждение того, что квантовый мир принципиально невозможно описать классическими методами. Это событие вызвало радостное возбуждение и бурные дискуссии по поводу квантовой механики.
Однако все эти дебаты – будь то форумы, СМИ или даже научная фантастика – часто запутываются из-за упрямых мифов и заблуждений. Давайте разберём четвёрку самых распространённых из них.
1. Кот может быть живым и мёртвым одновременно
Эрвин Шрёдингер вряд ли мог предположить, что его мысленный эксперимент с котом в XXI веке приобретёт статус известнейшего мема. Ситуация предполагает, что неудачливый кот, застрявший в коробке со смертельным газом, который выпускает случайное квантовое событие – например, радиоактивный распад – может быть одновременно живым и мёртвым, пока мы не откроем коробку, чтобы это проверить.
Давно известно, что квантовые частицы могут существовать в двух состояниях, к примеру, быть в двух местах одновременно. Это называется суперпозицией. Это было продемонстрировано в знаменитом двухщелевом эксперименте: единственная квантовая частица, например фотон или электрон, может проходить через две щели в стенке одновременно. Но откуда нам это известно?
В квантовой физике состояние каждой частицы является волной. Когда мы отправляем фотоны по одному проходить сквозь щели, они создают на стене позади щелей рисунок интерференции двух волн. Поскольку ни у какого фотона, проходящего через щели, нет других фотонов, с которыми можно интерферировать, получается, что каждый фотон одновременно проходит через обе щели — и интерферирует сам с собой.
Однако, чтобы это сработало, состояния (волны) частицы, находящейся в суперпозиции, и проходящей через обе щели, должны быть когерентны: они должны определённым образом взаимодействовать друг с другом.
Эксперименты с суперпозицией можно проводить с объектами и более крупного размера, а также сложности. В одном знаменитом эксперименте Антона Цайлингера, проведённом в 1999 году, была показана квантовая суперпозиция крупных молекул углерода-60 (C60), известных, как бакминстерфуллерены или «бакиболлы».
Что всё это значит для нашего кота? Действительно ли он одновременно жив и мёртв, пока мы не открываем коробку? Очевидно, кота не сравнить с отдельным фотоном, находящимся в контролируемых условиях лаборатории — он гораздо больше и сложнее. Любая когерентность, которая могла бы возникнуть между триллионами составляющих кота атомов, смогла бы существовать крайне непродолжительное время.
Это не означает, что у биологических систем квантовая когерентность невозможна – просто она обычно неприменима к таким большим существам, как коты или люди.
2. Запутанность можно объяснить простыми аналогиями
Запутанность – квантовое свойство, связывающее две разные частицы так, что если вы измерите состояние одной из них, вы автоматически мгновенно узнаёте состояние другой, вне зависимости от расстояния между ними.
Для объяснения этого явления обычно используют повседневные объекты из макромира – вроде игральных кубиков, карт или даже пар носков необычных цветов. К примеру: допустим, вы сообщаете вашему другу, что кладёте синюю карточку в один конверт, и оранжевую – в другой. Если ваш друг заберёт и откроет один из конвертов и найдёт в нём синюю карточку, он поймёт, что у вас осталась оранжевая.
Но чтобы понять квантовую механику, необходимо представить, что в конвертах лежат две карты, находящиеся в суперпозиции: то есть, они обе оранжевые и синие одновременно (одна оранжево-синяя, а другая сине-оранжевая). Когда кто-то вскроет один конверт, в нём одна кажется карта одного цвета, который будет определяться случайным образом. Но при вскрытии другого конверта в нём всегда будет карта другого цвета, «пугающим» образом связанная с первой.
Можно заставить карты показывать другие цвета – это аналогия проведения других квантовых измерений. Можно открывать конверт, задавая вопрос «зелёная там карта или красная?» Ответ вновь будет случайным – зелёная или красная. Главное, что если карты запутаны, то другая карта всегда даст противоположный ответ на тот же вопрос.
Альберт Эйнштейн пытался объяснить этот эффект при помощи классической интуиции, предположив, что у карт есть скрытый внутренний набор инструкций, сообщающий им, какой цвет принять, отвечая на определённый вопрос. Он отвергал «пугающее» взаимодействие между картами, позволяющее им вроде бы мгновенно влиять друг на друга – это означало бы возможность передачу сведений быстрее скорости света, что теории Эйнштейна запрещают.
Однако объяснение Эйнштейна было отвергнуто теоремой Белла (теоретическим испытанием, созданным физиком Джоном Стюартом Беллом) и проведёнными нобелевскими лауреатами в 2022 году экспериментами. Идея, состоящая в том, что измерение одной из запутанных карт меняет состояние другой, неверна. Квантовые частицы просто загадочным образом коррелируют друг с другом способами, которые мы со своей повседневной логикой и языком объяснить не можем. Они не обмениваются сообщениями и не содержат скрытого кода, как считал Эйнштейн. Поэтому забудьте о повседневных объектах, рассуждая о запутанности.
3. Природа нереальна и нелокальна
Часто говорят, что теорема Белла доказывает нелокальность природы – то есть, что ближайшее окружение объекта не влияет на него напрямую. Ещё одно типичное замечание – якобы, из неё следует, что свойства квантовых объектов нереальны, что они не существуют до того, как их измерят.
Но теорема Белла лишь говорит о том, что в квантовой физике природа будет нереальной и нелокальной, только если мы примем ещё несколько других предположений. Среди них – предположение о том, что у измерения может быть только один результат (а не несколько – если, например, речь идёт о параллельных мирах), что причина и следствие расположены по времени друг за другом, и что мы не живём во вселенной, похожей на часовой механизм – то есть, во вселенной, где всё предопределено с самого начала.
Несмотря на теорему Белла, природа может быть реальной и локальной – если мы откажемся от некоторых вещей, диктуемых здравым смыслом, вроде прямолинейного течения времени. Есть надежда, что дальнейшие исследования сузят количество возможных интерпретаций квантовой механики. Однако большинство упомянутых вариантов – к примеру, что время может течь назад, или отсутствие свободы воли – кажутся не менее абсурдными, чем отказ от концепции локальной реальности.
4. Никто не понимает квантовую механику
Классическая цитата (которую приписывают Ричарду Фейнману, и которая перефразирует Нильса Бора) звучит так: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы её не понимаете».
Эта точка зрения широко распространена. Якобы квантовую физику понять невозможно – даже для физиков. Но с точки зрения XXI века квантовая физика не кажется особенно сложной для учёных ни с математической, ни с концептуальной точки зрения. Мы понимаем её очень хорошо, мы даже можем предсказывать квантовые явления с высокой точностью, симулировать сложные квантовые системы и даже начали делать квантовые компьютеры.
Для описания суперпозиции и запутанности на языке квантовой информации не требуется чего-то более сложного, чем математика из старших классов. Теорема Белла вообще не требует квантовой физики. Её уравнения можно вывести в несколько строчек при помощи теории вероятностей и линейной алгебры.
Реальная сложность состоит в том, чтобы помирить квантовую физику с интуитивной реальностью. Но отсутствие всех ответов не остановит нас на пути дальнейшего прогресса квантовых технологий. Мы можем просто «заткнуться и считать».
К счастью для человечества, Аспе, Клаузер и Цайлингер отказались затыкаться и продолжали задавать вопрос «почему». Когда-нибудь их последователи, возможно, помогут помирить квантовые странности с нашим ощущением реальности.
SLY_G 10 ноября в 02:21
Из интересного по теме:
ЗЫ я не знаком с автором, но он настолько гармонично вписался в этот блог по времени и по смыслу, что грешным делом в сознании зародилась мысль, что этот автор отсюда.
Воин, кто ты? Назови себя! 
Комментарии
Совсем давно была линейка, потом геометрия Погорелова, которая не отрицала Лобачевского, конечно, сейчас наука продвинулась и очевидна другая реальность, которую и Энштейн отрицал...
Возможно так случится, что скоро его станут ненавидеть...
Буду верить, что люди найдут в себе силы простить его.
Ok, удаляю.
Благодарю. Поправил :)
Это Вам на память.
06.08.2032
Но это не точно
Читал фантастический роман про квантовую физику.
Выше я дал ссылку на опыт Юнга по проявлению эффекта интерференции.
Так вот. В романе было описано что в мире живут настоящие люди-творцы и можно сказать массовка. Которая не влияет не на что и живёт как предписано судьбой.
Так вот создали прибор позволяющий определить реальный ты человек или нет, с помощью опыта Юнга.
Сажали испытуемого в комнату, давали пульт от включения лазера. Тот нажимал и если получалась интерференция. То это человек, а если нет, то из массовки этого мира.
Ах да, все это писалось на камеру. Т.к. если за опытом наблюдал человек, то интерференция конечно получалась всегда.
Опыт забавный мы по пьяни с другом повторили. С источником света засада была, нужен лазер. Простая лампочка или фонарик не подойдет.
Я бы ваши советы не слушал... Иногда лучше быть в неведении и оставить всё так, как есть.
Возможно это сохранит тебе жизнь.
♾️
Другими словами, нужно всегда понимать, где следует остановиться.
Что-то похожее было здесь, только там людей от смоделированных персонажей так отличали.
это сохранит чью-то жизнь.
♾️
Другими словами, нужно всегда понимать, где следует остановиться и во что верить.
Все четыре тезиса не учитывают, что во всех изначальных текстах говорится не о состоянии, а о его вероятности, даже об облаке вероятностей состояний. Это означает, что равно как о судьбе кота Шредингера, в отношении какой бы то ни было квантовой частице можно высказать только предположение, которое проверить невозможно. Потому, что когда говорят, что "мы измерили ее состояние", имеется в виду, что мы узнали облако ее вероятных состояний. Говорят о статистическом ансамбле - типа, мы не знаем о квантовом состоянии каждого фотона в лазерном луче, но вот сам лазерный луч представляет собой макроскопически(!) статистический ансамбль.
Ключевое здесь - мы не знаем о квантовом состоянии каждого фотона.
В этом смысле мысленный эксперимент Шредингера действительно блестяще описывает ситуацию, но все об этом забывают: суждение о судьбе кота является не констатацией факта, а допущением в рамках некоторой логики языка математического вычисления. Ровно также, как квантовое состояние данной частицы является допущением в рамках некоторой логики языка математического вычисления. Показательность мысленного эксперимента Шредингера для описания квантовых состояний содержится в том, что то и другое суть мысленные конструкции, сформулированные в виде допущений, а никак не знание фактического положения дел.
Для иллюстрации того, что происходит, приведу три примера из в разной степени известного нам жизненного опыта:
1. Детская загадка "Скажи, сколько лет машинисту". Начинается с "представь себе, что ты машинист", затем идет масса вводных, переключающих внимание, сложных в запоминании и учете, невозможных к группировки, потому что логические основания постоянно меняются, и заканчивается вопросом "скажи, сколько лет машинисту". К моменту этого вопроса ребенок практически гарантированно забыл, что машинист - это он. И огромное количество взрослых тоже. Попробуйте.
2. Ситуация сидельца (человека, находящегося в заключении). Бывает, что человеку тяжело, он начинает себе представлять, как, вот, он сбежал, как приехал домой, как успешно он ограбил, там, банк, как он ездил на лимузине "и телок хватал за разные места"©Ковчег. И тогда другие заключенные говорят: "вот он гонит"; "все, погнал" и т.п. Так вот, физики - гонят. Они забыли, сколько лет им сидеть. Они не знают состояние квантовой частицы, но говорят о квантовой запутанности. Просто некому в этом разобраться и привлечь к ответственности. Фактические эффекты, которых они достигают, обеспечены чем-то другим, а квантовые состояния значения не имеют и поэтому в отношении их судьбы можно оставаться на уровне допущений. Как это делают с лучом лазера
3. В конце XIX века, и в первой половине XX психологи, воодушевленные успехами физиков, открывшемся стабильном денежном потоке на исследования, "респекте и уважухе" в их сторону, попытались ввести математические измерения в психологии и столкнулись ровно с тем же, с чем столкнулись физики в квантовой механике: оказалось, что не существует стандартной, единой, всегда повторяющейся психической реакции у человека на стрессовое воздействие (читай на любое воздействие), более того, во время измерения этой реакции она изменялась в связи с применением инструмента замера реакции. Чем не квант? Британский ученый совет, который в то время состоял из ученых мирового уровня, способных оценить научные достижения в мире, и который периодически для этого собирался, дважды отказывал психологам в состоятельности их идеи применения математических измерений в психологии в связи с невозможностью найти единицу психологической реакции (математическую единицу, с которой можно было бы проводить математические же операции, единицу учета, квант человеческой реакции) и психологическое сообщество
Чем вам не "кот Шредингера", которому приписали состояние суперпозиции? В результате подавляющая часть психологических измерений, включая пресловутое ЕГЭ, суть фуфло, которое поддерживается только финансированием на него, а не его научной состоятельностью. Но это к слову.
Так что не надо забывать, сколько лет машинисту.
P.S. Хотя возможно, что квантовые вычисления, квантовый компьютер, это такая Стратегическая оборонная инициатива, "Звездные войны" Рейгана, разводка, призванная разрушить противника. и когда я смотрел вчера по Россия 24, как какой-то физик рассказывал Путина про квантовые вычисления, меня не оставляло ощущение масляной лжи в его глазах.
Некоторые эксперименты психологов реально описываются формулами из квантовой физики, но причина в стохастичности из-за скрытых переменных
А можете привести пример?
по поводу экспериментов с многострадальным котей. Никаких зомби там нет, речь идет просто о случайном выборе варианта реальности, в которой находится наблюдатель. В одной реальности животинка злодейски умерщвлена, в другой живее всех живых.
Как-только откроем коробку так узнаем, что он либо мёртв либо жив и третьего не дано. Что однозначно доказывает невозможность ситуации когда кот одновременно и жив и мёртв. До открытия коробки есть вероятность либо одного события либо другого. Только вероятность третьего события равны нулю.
Поскольку ни один физик не смог провести эксперимента в котором кот был одновременно живым и мёртвым, следовательно что-то не так в рассуждениях физиков.
Вся реальная сложность проистекает от спекулятивных рассуждений и неточно описанных терминах. Либо прямых нарушениях логики.
Вы так и не врубились в чем суть, не смотря на тонну комментариев и обширный текст.
Вам нужно подтвердить заказ на похороны кота или доставку корма.
Пока вы не открыли коробку -- вы не сможете ответить на это вопрос.
И для вас, и для собеседника кот -- ни жив, ни мертв.
Ответ невозможно просчитать! Только -- измерить!
Ничего не понял, но было интересно .(Р) В физике необходимо отменить все именованые и офамилиные события, явления и законы на их физическую сущность. Кладбищенская терминология не отражает суть явлений. Пойду почитаю Феймана, может что прояснится.
Интересно, насколько автор сам разбирается в квантовой физике. Начнем с первого парадокса:
Имеем единичный фотон, который может пройти через две щели. Когда фотон проходит через первую щель, он попадает в фотоприемник который пускает ядовитый газ в клетку с котом. Когда во вторую - фотон в фотоприемник не попадает. Запустили фотон: кот выжил или помер?
Не запутыыайте кота!
А то он, бедный, уже и не знает достоверно, умирать ли ему или жить дальше...
Что было всегда непонятно про кота, так это чем его история отличается от любой ситуации, где результат наблюдателю неизвестен до его объявления (открытия коробки)?
„Квантовая механика – теория, управляющая микромиром атомов и элементарных частиц“
Теория не может управлять. Теория - это только знание, представление о причинно-следственных связях, это то, при каких обстоятельствах, взаимодействие каких факторов вызывает какое-либо изменение. Управлять может только осознавший это знание субъект, который, изменяя среду и взаимодействующие причины, может достичь желаемого им результата.
Управление - это творческая деятельность. С ней осуществляем свои желания. Теория - инструмент, который используем в этой работе.
"Несмотря на теорему Белла, природа может быть реальной и локальной – если мы откажемся от некоторых вещей, диктуемых здравым смыслом, вроде прямолинейного течения времени. Есть надежда, что дальнейшие исследования сузят количество возможных интерпретаций квантовой механики. Однако большинство упомянутых вариантов – к примеру, что время может течь назад, или отсутствие свободы воли – кажутся не менее абсурдными, чем отказ от концепции локальной реальности."
Значит если мы откажемся от прямолинейного течения времени, то природа может быть реальной :)
Какой только ерунды не напишут люди, чтобы выглядеть умно :) Отказаться от прямолинейного течения времени также легко, как вернуть фарш в состояние исходного куска мяса, провернув его в мясорубке в обратную сторону. :)
Эксперименты с квантовой запутанностью показали, что запутанные частицы могут “общаться” мгновенно, на любых расстояниях. То есть в Космосе существует бесконечная скорость распространения сигналов, и во Вселенной можно общаться мгновенно на любых расстояниях.
В экспериментах с отложенным выбором фотон, электрон и другие частицы ведут себя очень странно. Частицы “знают”, что за ними будут наблюдать и резко меняют свои свойства. “Будущее влияет на прошлое”, то есть, нарушен фундаментальный принцип нашего мира - принцип причинности.
Эти факты показывают несостоятельность старой материалистической науки в новых условиях. Некоторые учёные даже поговаривают о матрице, мол, что наша Физическая Вселенная создана искусственно, как особая школа для развития человечества (человечества разных планет, не только этой). Когда человечество пройдёт все Уровни, то Физическая Вселенная исчезнет за ненадобностью. Современное же человечество в квантовой физике отвергает самое главное - силу человеческой Мысли. Притом, что даже у насекомых коллективная мысль может творить чудеса - см., например, “Материализация, телепортация, телекоммуникация, ХЯС” https://vk.com/wall468692283_131
Несмотря на оговорки, что в квантовой физике в роли частицы выступает волна, всё же никак не могут это усвоить. И волнами оперируют, будто это поток частиц типа пыли, которые могут остановиться, повисеть в воздухе, отделяться одна от другой, но в конце эксперимента чудом превращаются в волны.
Это называется "вездесущий бог", а не "суперпозиция". Или, что у кое-кого глюки начались.
Запутанность - это когда вы готовите эксперимент с конвертами, запечатываете их, отсылаете один, используя текущее на планете время, чтобы ваш партнёр, вскрыв конверт, моментально
узнал, а что осталось у вас? Вы-то этого не узнаете!!! И в чём тогда смысл эксперимента? Мозги друг другу запутывать и гранты получать от запутанных грантодателей? Кванты таким образом вы не сможете запутать, путалка не выросла.
В вычислениях это можно применять, но тут и без квантов можно обойтись. Чисто умозрительно. Поскольку работающий квантовый компьютер - это пока из области фантастики.
https://vas3k.ru/blog/quantum_computing/
Да и устройство квантового вычислителя, его начинка, вполне возможно будут такими, о которых пока даже фантасты не знают.
ПС Пусть сначала физики разгадают, каким образом Вселенная шифрует свою информацию.
АМКГ. Аффтар песши есчё.
"Кот Шредингера" - это банальное надувательство, так как и "кот" и и "газ" всегда реальные. Виртуального кота и виртуальный газ можно представить в любом состоянии независимо от времени, а реальные состояния, всегда имеют переходные процессы, когда появляется третье состояние - "нельзя дать оценку", т.е. вето на оценку состояния, ввиду её бессмысленности для оценивающего, ведь оценивающий тоже находится во времени процесса оценивания!!! Представляете себе? Кот уже мертв, а оценивающий об этом не знает до окончания процесса оценки. Или умер сразу же по завершении процесса оценки. Или же кот жив, а оценивающий умер не дождавшись завершения процесса оценки.
Инерция виновата, а не парадокс. Кстати и с выдуманными почти такая же ерунда получается, так как участвует мозг человека, он реален всегда, а значит на обдумывание уходит время.
Квантовая механика - это просто язык. На котором можно разговаривать.
Разговаривать про электроны на этом языке удобно. А про размножение верблюдов - не очень.
Польза от нее бывает. А чудеса - нет.
Здравствуйте, друзья.
Давно ищу материалы по развитию эксперимента Юнга с двумя щелями. Было бы логично добавить третью щель и посмотреть как изменится рисунок на экране. Будет он дифракционным или линейным. Как изменится рисунок, если поставить наблюдателя к одной щели. К левой и правой, к центральной. Будет ли разница если вводить двух наблюдателей или одного наблюдателя достаточно.
Определенные ответы на эти вопросы закрыли бы споры на эту тему, но таких материалов я пока не видел. Может кто из вас сталкивался?