Запутанные часы — квантовая механика и направление течения времени

Я приду в три. Казалось бы, это четкая информация. Не для квантовых физиков! Они спросят, в три часа сегодня или в три вчера. Потому что в их странном мире время может не обязательно идти «вперед».

В исследовательских центрах по всему миру множатся научные опыты, подтверждающие различные странные следствия квантовой механики. В Голландском техническом университете в Делфте был проведен эксперимент, чтобы подтвердить, что то, что Эйнштейн назвал «ужасным», действие на расстоянии действительно имеет место.

Согласно квантовой механике, частицы могут быть связаны друг с другом независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Когда одна из них меняет, например, свое состояние, все запутанные с ней частицы реагируют немедленно, и их состояние тоже меняется. В 60-х годах ирландский физик Джон Белл предложил тест, который позволил бы отличить то, что сказал Эйнштейн, или скрытые переменные, от интерпретации квантовой механики. Согласно расчетам Белла, скрытые переменные могут объяснить корреляции, но только до определенного предела. Как только оно будет превышено, теория Эйнштейна окажется ошибочной.

Визуализация запутанности атомов

Первый эксперимент Белла, хорошо известный в физических средах, был проведен в 1981 г. Синдром Алена Аспекта из Института оптики в Палезо, Франция. Многие другие были реализованы позже. Все неизменно соглашались квантовая запутанность, вызывая при этом вопросы и сомнения, с которыми пришлось столкнуться физике. Например, использование фотонов в экспериментах привело к т.н. ошибка обнаружения — она ​​заключалась в том, что часть фотонов (иногда даже 80% из них) не удавалось обнаружить. Достигнутые таким образом результаты были приписаны целому набору фотонов. Использование атомов, которые было легче обнаружить в экспериментах, позволило избежать ошибки обнаружения, но отделить удаленные атомы друг от друга, не разрушая их запутанность, оказалось очень сложно, что привело к так называемому Ошибка связи — когда запутанные атомы находились слишком близко друг к другу, измерения на одном из них могли повлиять на другие атомы, не превышая скорость света.

Тест Белла, наконец, шесть

Эксперимент, проведенный несколько месяцев назад в Делфтском технологическом университете в Нидерландах, является прорывом в этой области. Как он утверждает Рональд Хансон из Института нанонауки Кавли он и его команда занимались обнаружением и передачей ошибок. Это тогда Первый безупречный эксперимент Белла. В этом эксперименте использовалась специальная техника преобразования запутанности, которая позволяла использовать как частицы света, так и частицы материи.

Кристаллы алмаза и электроны были размещены в двух отдельных лабораториях на территории кампуса, на расстоянии 1,3 км. Каждый из электронов был индивидуально запутан с фотоном, а затем эти фотоны были отправлены в другое общее место, где они запутались. Таким же образом можно было связать и электроны. За девять дней группе ученых из Делфта удалось создать 245 пар запутанных электронов. Это позволило превысить упомянутый ранее предел Белла, что говорит о том, что теория скрытых переменных Эйнштейна неверна. Проведение эксперимента в двух лабораториях с участием электронов на столь большом расстоянии позволило избежать ошибок обнаружения и связи.

Голландские экспериментаторы высоко оценили всемирно известного авторитета в области квантовой физики, проф. Антон Цайлингер из Венского университета. Он также получил похвалу на страницах New York Times. Дэвид Кайзер из Массачусетского технологического института (MIT), который разрабатывает эксперимент по измерению квантовых эффектов в свете, излучаемом квазарами на краю Вселенной. По его мнению, только в этом случае можно будет говорить о полной уверенности в самостоятельном обнаружении.

Время — психологическая привычка

Вернемся к проблеме времени, тесно связанной с запутанностью, о чем свидетельствуют последующие физические эксперименты. Поскольку мы утверждаем истинность теории запутанности, мы должны смириться с революцией в понимании времени. В 1983 году физики Дон Пейдж из Университета Альберты в Канаде и Уильям Вутерс предложил объяснение, что проблему времени можно обойти, используя концепцию квантовой запутанности. По их мнению, когда речь идет о запутанных объектах, на квантовом уровне можно измерить свойства уже определенной системы. Не обращая внимания на математические детали, это означает, что часы времени не начинают работать, пока не запутаются в конкретной вселенной.

Вышеуказанные открытия легли в основу работы группы итальянских физиков из Туринского национального метеорологического научно-исследовательского института (INRIM). В 2013 году они разработали модель Вселенной, в которой время — всего лишь иллюзия, а его течение — всего лишь странное свойство квантовой запутанности. Их модель Вселенной состояла из двух фотонов. Одна пара была ориентирована — вертикально поляризована, а другая горизонтально. Затем их квантовое состояние и, следовательно, их поляризация были обнаружены серией детекторов. Получается, что пока не достигнуто наблюдение, которое в конечном итоге определяет систему отсчета, фотоны находятся в классической квантовой суперпозиции, т.е. они были ориентированы и вертикально, и горизонтально. То же самое и с наблюдателем, считывающим часы — он определяет квантовые состояния, влияющие на вселенную, частью которой он становится. Время и его течение — лишь иллюзия, а реальностью становится только взаимодействие с ним наблюдателя.

Ученые утверждают, что способность человека помнить прошлое, но не будущее, также можно понимать как формирование отношений между взаимодействующими частицами. Когда мы читаем сообщение на листе бумаги, мозг связывается с ним через фотоны, достигающие глаз. Только с этого момента мы можем вспомнить, что говорит нам это сообщение.

Физик Сет Ллойд предлагает новое понимание стрелы времени, утверждая, что настоящее может быть определено через процесс корреляции с нашим окружением. «Можно утверждать, что час назад наш мозг был в состоянии, коррелировавшем с меньшим количеством вещей. Но наше мнение о том, что время проходит, — совсем другое дело». По его мнению, понадобятся еще революции в области физики, которые нам все это объяснят.

Многие физики сегодня говорят о времени как об иллюзии. Так что дело не в том, что в странном квантовом мире мир может бежать назад, а в условности веры в то, что он бежит «вперед». Стрела времени может быть только психологической привычкой с точки зрения квантовой механики.