На волне Вселенной. Шрёдингер. Квантовые парадоксы - Довид Ласерна

Хотя запутанность связывает частицы, скорость которых выше скорости света, скорость передачи информации между двумя исследователями подчиняется релятивистским ограничениям.

Если второй исследователь в это же время фиксирует положение В, то может сложиться впечатление, что принцип неопределенности Гейзенберга нарушается. Так, теперь наблюдателю известны и положение частицы В (благодаря прямому измерению), и ее импульс (благодаря измерению у частицы- близнеца A). Однако в действительности принцип неопределенности остается незыблем, поскольку он устанавливает, что две характеристики В — положение и импульс — не могут быть измерены в одно и то же время. Первый наблюдатель, измеряя импульс А, знает, каким будет этот импульс для В, но ничего не знает о положении В. И наоборот, когда второй наблюдатель фиксирует положение В, ему неизвестен результат измерения импульса А. Он узнает его лишь потом, когда коллега сообщит его ему Неопределенность выступает как функция ожидания информации. После измерений запутанность исчезает, и определить траекторию частиц становится невозможным (см. рисунок).

До измерения импульса А исследователь не знает, каким будет результат, поэтому он не сможет воспользоваться запутанностью, чтобы передать информацию быстрей скорости света. И даже если он мгновенно узнает импульс В, он сможет сообщить его второму исследователю только через условный коммуникационный канал, соблюдая лимит скорости с.

Еще один австрийский физик из Венского университета, Антон Цайлингер, на основании шрёдингеровской запутанности провел ряд крайне любопытных опытов в области квантовой информации. Он начал с трех запутанных фотонов, затем перешел к четырем. Со временем ученый установил рекордную пространственную разнесенность запутанных частиц, разместив их между островами Лас-Пальмас и Тенерифе (Канарские острова) на расстоянии 144 километра. Европейское космическое агентство приняло на рассмотрение его новый проект: еще более удалить запутанные частицы друг от друга, увеличивая дистанцию до 1500 километров. Цайлингер был одним из авторов вышеупомянутой идеи о тепловом нарушении суперпозиции для фуллеренов. Его исследования легли в основу технологии, связанной с использованием квантовых особенностей, в сфере информатики и криптографии. Также этот физик впервые осуществил квантовую телепортацию — метод, использующий запутанность, чтобы мгновенно передавать характеристики одной частицы другой. Принимая во внимание, что в атомной физике главное — сохранение свойств атома, а не его структуры, работа Цайлингера очень подстегивает воображение и сулит поистине фантастические перспективы.

Квантовые частицы вторгаются в наш уютный макромир не только под контролем ученых в лабораториях. Чем больше света проливается на квантовую теорию, тем больше вопросов она вызывает: Вселенная больше не соответствует классическим правилам, как мы считали раньше. Квантовое объяснение некоторых феноменов, таких привычных, как фотосинтез или чувствительность некоторых птиц к магнитному полю Земли, в конечном итоге может использоваться для проверки традиционных инструментов.

Из этого можно сделать вывод, что два главных противника интуитивного прочтения квантовой механики, Шрёдингер и Эйнштейн, очень помогли усовершенствованию теории. Ученые сконцентрировали внимание на самых уязвимых ее точках и с помощью парадоксов и мыслительных экспериментов помогли структурировать многие неясности. Их вклад определяется не только собственно открытиями, но и тем фактом, что даже встречая сопротивление коллег, они в интеллектуальной дискуссии достаточно глубоко прорабатывали свои идеи. Ученые направляли усилия на то, чтобы найти ответы на стоящие перед ними вопросы, но в результате существенно укрепили структуру, которую пытались подорвать.

Полемика о смысле волновой теории так широка, что размышления о ней далеки от своего завершения. Мы сознательно оставляли в стороне такой фактор, как влияние сознания на процесс измерения, хотя, возможно, для некоторых читателей эта сторона была бы крайне любопытной. Однако философские аспекты очень важны для некоторых физиков и не играют никакой роли для других. Ученые пытаются преодолеть разногласия, опираясь на экспериментальную почву, но в интерпретации квантовой механики важнейшую роль играет личный взгляд. Хотя мы в своей книге всеми силами стремились сохранять объективность.

Список рекомендуемой литературы

Bernstein, J., Perfiles cuanticos, Madrid, McGraw-Hill, 1991.

Gamow, G., El breviario delsenor Tompkins, Mexico, Fondo de Cultura Economica, 1985. —: Biografia de la fisica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.

Gribbin, J., En busca del gato de Schrodinger, Barcelona, Salvat, 1994.

Heisenberg, W., La parte у el todo: Conversando en tomo a la Fisica Atomica, Castellon, Ellago Ediciones, 2004.

Kragh, H., Generaciones cudnticas: una historia de la fisica en el siglo XX, Madrid, Akal, 2007.

Kuttner, F. y Rosenblum, B., El enigma cuantico, Barcelona, Tusquets, 2010.

Moore, W., Erwin Schrodinger: una vida, Cambridge, Cambridge University Press, 1996.

Navarro Faus, J., Schrodinger. Una ecuaciony ungato, Madrid, Nivola, 2009.

Sanchez Ron, J. M., Historia de la fisica cuantica /, Barcelona, Critica, 2001.

Schrodinger, E., Que es la vida?, Barcelona, Tusquets, 1983. —: Mi concepcion del mundo, Barcelona, Tusquets, 1988.

Указатель

«К теории распределения энергии излучения нормального спектра» 34

«О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» 108

«Текущая ситуация в квантовой механике» 13, 154,159

«Что такое жизнь?» 11,13,146

i (мнимое число) 117, 118

атом водорода 25, 59, 65,90,96, 113,114,119,122-124, 149

Бальмер, Джейкоб 60, 61, 64, 65, 67, 74

Бауэр Александр 17, 18, 52, 56

Эмили (Минни) 18, 47 Георгина 13, 17, 52, 56

Ханси 105

Берлин Академия наук университета 13, 102

Бертель, Аннемари 13, 45, 53-55, 74,100-105,143,145, 148

Бете, Ганс 93

Больцман, Людвиг 20-24, 26, 33, 36, 37, 44, 113

Бор, Нильс 10, 61-68, 74, 86, 89, 93,95,97,102,106,108,113, 114,116,119,130-133,137,151

Борн, Макс 10,12, 35, 91, 97,101, 102,103,106,110,112-114, 117-120, 128,129,132, 134,145

броуновское движение 9, 24

Веданта 8, 48

Вейль, Герман 74, 99, 104

Венский университет 13, 20, 148, 161

Виет, Франсуа 77

Вин, Вильгельм 32, 131-133

волновой пакет 92

газоразрядная лампа 58, 60, 64, 68

Гейзенберг, Вернер 10, 12, 13, 49, 96,97,101,106,108-110,112, 113,116,120, 129-134,137- 140,144,150,151,154,160,163 генетический код 11

Гершель, Уильям 27

Грильпарцер, Франц 19, 102

Дарвин, Чарльз 8, 19, 20

де Бройль, Луи 69, 70, 71, 88, 92, 128,129

Дебай, Петер 57, 72, 76

декогеренция 158-159

Джинс, Джеймс 65

Джозайя, Гиббс 23

Дирак, Поль 10, 12, 13, 94, 95,104, 145

длина волны 28-33, 41, 60, 64, 70, 71,73, 88,135,150

Дэвиссон, Клинтон 70, 71

запутанность 11, 13, 152, 158-161

Зоммерфельд, Арнольд 57, 66, 67, 68,99,101,102,106,124,131

импульс 69, 109, 113, 138-140, 158,160,161

интерпретация копенгагенская 129,150,152, 153

многомировая 156

интерференция 70, 72, 73, 92

конструктивная 72

деструктивная 72

Йордан, Паскуаль 10, 12,110,112, 151

Карно, Сади 23

квант 38, 40, 42

квантование 38, 39, 41, 62, 86, 89, 132

квантовое число 63, 67

квантовый компьютер 157

квантовый скачок 68

колеблющаяся струна 84, 87,95, 124

коллапс волновой функции 150

колледж св. Магдалины 13,104, 105,107

Кольрауш, Фридрих 53, 55

Комптон, Артур 41, 135

кот Шрёдингера, парадокс 11,13, 25, 141,154-159

Краусе, Фелиси 44

Крик, Фрэнсис 146

Ланжевен, Поль 69

Максвелл, Джеймс Клерк 15, 23, 24, 27,29, 35, 40,61,68

Марх Хильдегунда 104 Рут 104, 105, 143

матрица 112, 114, 115

Менделеев, Дмитрий 127

механика матричная 13, 111, 113, 119

волновая 9, 10, 13, 40, 68-71, 92,99,100, 101, 108,113, 118,130-133

квантовая 8-13, 20, 27, 34, 38, 49, 56, 77, 93,94, 97, 99, 106, 108,110,112,113,116, 128-131,133, 141,151,152, 154-156, 159,160,162 Мэй, Шейла 148

Ньютон, Исаак 8,10, 23, 27, 46, 67, 82,93,134,140

орбиталь 123-128, 149

относительности, теория 47, 57, 140, 147

Паули, Вольфганг 9, 10, 113, 116, 126, 131, 132, 134, 146 печь 32-36, 38, 39, 41, 58, 61, 63, 113

Планк, Макс 13, 22, 34-36, 38-41, 49, 56, 58,61,63, 64,71,73,96, 99-101, 106, 112-114,128,132, 135, 136, 138

постоянная Планка 39, 41, 63, 112, 136, 138

принцип запрета 116, 126

производная 78-80, 88 пси (ψ) 76, 87-96, 102, 115, 117-119, 121-123, 128, 134, 149-151,153,155 (см. также волновая функция)

Рид, Александр 70

Ридберга, постоянная 60, 64

состояние возбужденное 64

макроскопическое 20, 36

стационарное 62

спектральная линия 36, 61, 67,150

Стефан, Жозеф 8, 33 с

уперпозиция 150, 155, 157

термодинамика 9,15, 20, 22-26, 29, 33-36

Тирринг, Ганс 43, 53, 105, 144

Томсон, Джордж 70

тонкая структура 66, 67

Уилкинс, Морис 146

Уилер, Джон Арчибальд 152, 156

университет Граца 13,105, 144

Уотсон, Джеймс 146

Упанишады 48

уравнение волновое 10, 49, 73, 74, 76, 82, 84,96,117, 120,133

Шрёдингера 9, 80, 87, 88, 90, 93,94, 97, ИЗ, 117,119,120, 123,124,149,150,153,159

дифференциальное 76, 80, 86, 88,93,130,134

фон Лауэ, Макс 57, 73

фотон 41, 62, 63, 65, 67, 68, 134- 136,157,159,161

Франклин, Розалинда 146

функция 34, 76-82, 86-91, 94-96, 117-124, 136, 137, 149-150, 155

волновая 92, 119-121, 123, 128, 129,134,137,149-151,153, 155-158

Хазенёрль, Фридрих 22, 48

Хансен, Ганс Мариус 61, 74

Цайлингер, Антон 161

Це, Хайнц-Дитер 158