Блестящата грешка на Айнщайн: Вплетени състояния - Чад Орзел

Гледайте целия урок: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

Щом помислите за Айнщайн и физика, E=mc^2 вероятно е първото нещо, за което се сещате. Но един от неговите най-значими приноси всъщност се появил като странна философска бележка под черта към статия от 1935, която написал в съавторство и която накрая се оказала погрешна. Чад Орзел разказва за статията АПР и нейните прозрения за странния феномен на вплетените състояния.

Урок: Чад Орзел, анимация: Gunborg/Banyai

Алберт Айнщайн е изиграл ключова роля
за създаването на квантовата механика

с теорията си за фотоелектричния ефект,

но философските изводи от нея
силно са го разтревожили.

Въпреки че повечето от нас още
го свързват с извеждането на E=MC^2,

последният му важен принос за физиката
е една статия от 1935 г.

в съавторство с младите му колеги
Борис Подолски и Нейтън Розен.

Приеман като странна философска подробност
чак до 80-те години на 20 век,

парадоксът Айнщайн-Подолски-Розен
напоследък e централен за ново разбиране

на квантовата физика
с описанието на един странен феномен,

известен като вплетени състояния.

Трудът започва с представянето на
източник, който изхвърля двойки частици,

всяка от които с две измерими свойства.

Всяко измерванe
има два възможни резултата

с еднаква вероятност.

Да кажем нула или единица
за първото свойство

и А или Б за второто.

Щом веднъж се направи измерване,

следващите измервания на същото свойство
при същата частица

ще дават същия резултат.

Странна последица от този сценарий

е не само това, че състоянието
на единична частица

е неопределено, докато не бъде измерено,

но и фактът, че тогава измерването
определя състоянието.

Нещо повече - измерванията си влияят
едно на друго.

Ако измерите състоянието
на една частица като едно

и продължите с
втория тип измерване,

ще има 50% вероятност
да получите А или Б,

но ако после повторите
първото измерване,

ще има 50% вероятност
да получите нула,

въпреки, че частицата вече
е била измерена като единица.

Т.е. превключването между свойствата
за измерване обърква началния резултат,

позволявайки нова случайна стойност.

Нещата стават още по-странни,
когато наблюдаваме и двете частици.

Всяка от частиците ще даде
случайни резултати,

но ако ги сравним,

ще открием, че те винаги са
перфектно свързани.

Например, ако и двете частици
са измерени като нули,

тази връзка винаги ще важи.

Състоянията им са вплетени.

Измерването на едната ще ви даде
и другата с абсолютна сигурност.

Но това вплитане сякаш не се подчинява на
известната теория на относителността на Айнщайн,

защото нищо не ограничава разстоянието
между частиците.

Ако измерите едната в Ню Йорк по обяд,

а другата в Сан Франциско
наносекунда по-късно,

те пак дават съвсем същия резултат.

Но ако наистина измерването
определя стойността,

това би изисквало едната частица
да изпрати някакъв сигнал на другата

със скорост 13,000,000 пъти по-голяма
от скоростта на светлината,

което, според относителността,
е невъзможно.

Затова Айнщайн отхвърлил вплитането
като "spuckafte ferwirklung"

или призрачно действие от разстояние.

Той решил, че квантовата механика
трябва да е непълна –

просто приближение на една по-дълбока
реалност, в която двете частици

имат предопределени състояния,
скрити от нас.

Поддръжниците на общоприетата квантова
теория начело с Нилс Бор

твърдяли, че квантовите състояния
наистина са фундаментално неопределени

и вплитането позволява
състоянието на една частица

да зависи от това на
далечната ѝ партньорка.

30 години физиката останала
в задънена улица,

докато Джон Бел не проумял, че ключът
към тестването на доводите на АРП

е да се разгледат случаи
с различни измервания за двете частици.

Теорията за скритите локални променливи
с поддръжници Айнщайн, Подолски и Розен

строго ограничавала честотата на
получаване на резултати като 1А или Б0,

защото резултатите би трябвало
да се дефинират предварително.

Бел показал, че чисто квантовият подход,

при който състоянието е абсолютно
неопределено, докато не се измери,

има различни ограничения и предвижда
объркани резултати от измерванията,

които са невъзможни
според предварителния сценарий.

Веднага щом Бел разбрал
как да провери доводите на АПР,

физиците продължили и го направили.

Започвайки с Джон Клаузър през 70-те
и Ален Аспе в началото на 80-те,

дузини експерименти проверили
предвижданията на АПР

и всички установили едно и също:

квантовата механика е вярна.

Връзките между неопределените състояния
на вплетените частици са истински

и не могат да се обяснят с никаква
по-тайна променлива.

Статията на АПР се оказала погрешна,
но по един блестящ начин.

Карайки изтъкнати физици да размишляват
сериозно за основите на квантовата физика,

тя довела до по-нататъшно разработване
на теорията

и помогнала да започнат проучвания
на теми като квантовата информация –

процъфтяваща област в момента с потенциал
да развие компютри с несравнима мощ.

За съжаление,
произволно измерените резултати

не позволяват
научно-фантастични сценарии,

в които вплетени частици се използват за
предаване на съобщения, по-бързи от светлината.

Засега относителността е в безопасност.

Но квантовата вселена е далеч по-странна,
отколкото Айнщайн е искал да вярва.