Геніальна помилка Айнштайна щодо квантової заплутаності

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Альберт Айнштайн зіграв ключову роль у закладенні основ квантової механіки завдяки своєму поясненню явища фотоефекту.
Однак, він був сильно стурбований її філософськими наслідками.
І хоча більшість з нас знає Айнштайна як автора формули Е=МЦ², його останнім великим внеском у фізику була робота опублікована в 1935 році в співавторстві з молодими колегами Борисом Подольськім і Натаном Розеном.
Вважаючись частково філософською працею до 1980-х, ця стаття, ЕПР, як її називають, не так давно стала центральною для нового розуміння квантової фізики завдяки опису дивного феномену, відомого як квантова заплутаність.
На початку статті розглядається джерело, що випускає пари частинок, які володіють двома вимірюваними властивостями.
Кожне вимірювання цих властивостей дає два можливих результати з однаковими ймовірностями, скажімо 1 або 0 для першої властивості й А або Б для другої.
Повторні послідовні вимірювання певної властивості однієї частинки дадуть однакові результати.
Але найбільш вражаючим тут є не лише те, що стан частинки не визначений доти, доки він не буде виміряний, але і те, що саме вимірювання після свого проведення не визначає стан частинки.
Ба більше, ці вимірювання впливають одне на одного.
Якщо ви визначили, що частинка перебуває в стані 1, а потім продовжите вимірювання другої властивості, то у вас буде 50% шанс отримати або А або Б.
Однак, якщо ви повторите перше вимірювання, то ви можете отримати 0 з ймовірністю 50%, не зважаючи на те, що раніше ви вже отримали результат 1.
Таким чином, перемикання вимірюваної властивості скасовує початковий результат, дозволяючи отримати нове випадкове значення.
Але все стає ще дивнішим, якщо спостерігати за обома частинками.
Кожна з цих частинок даватиме випадкові результати.
Але, якщо ви порівняєте ці результати, то виявиться, що вони завжди будуть скорельовані.
Наприклад, якщо результат обох вимірювань дорівнює 0, то така їхня взаємозалежність зберігається.
Ці два стани є сплутаними.
Вимірювання стану однієї частинки покаже вам стан другої з абсолютною точністю.
Але ця заплутаність, здавалось б, суперечить теорії відносності Айнштайна, оскільки ніщо не обмежує відстань між частинками.
Якщо ви виміряєте стан однієї з частинок в полудень у Нью-Йорку, а другої через одну наносекунду в Сан-Франциско, результати все одно будуть однаковими.
Але, якщо вимірювання визначає вимірювану величину, то одна частинка повинна була відправити іншій якийсь сигнал зі швидкістю в 13 мільйонів разів більшою за швидкість світла. що згідно з теорією відносності неможливо.
Тому Айнштайн відкинув квантову заплутаність, назвавши її моторошною дією на відстані.
Він вирішив, що квантова механіка не повна і є лише наближенням більш глибокої реальності, в якій обидві частинки мають наперед визначені стани, що приховані від нас.
Прихильники загально визнаної квантової теорії на чолі з Нільсом Бором стверджували, що квантові стани справді є не визначеними й заплутування дозволяє стану однієї частинки залежати від стану її віддаленої компаньйонки.
Упродовж 30 років фізика залишалася в глухому куті, доки Джон Белл не здогадався. що ключем для розв'язання ЕПР парадоксу є вивчення випадків, у яких задіяні різні вимірювання двох частинок.
Локальні теорії прихованих параметрів, яких дотримувалися Айнштайн, Подольській і Розен, суворо обмежували частоту отримання результатів на кшталт 1-А чи Б-0, оскільки результати повинні бути наперед визначеними.
Белл довів. що чисто квантовий підхід, при якому стан частинки дійсно невизначений до вимірювання, має різні обмеження і передбачає неоднозначні результати вимірювань, які неможливі для варіанта з наперед визначеними параметрами.
Щойно Белл придумав, як перевірити парадокс ЕПР, фізики взялися за справу і провели експерименти.
Починаючи з Джона Клаузера в 70-х і Алена Аспена на початку 80-х, учені провели десятки експериментів з тестування передбачень ЕПР.
І всі вони дійшли одного висновку - квантова механіка правильна.
Кореляції між невизначеними станами заплутаних частинок є реальними й не можуть бути пояснені жодною більш фундаментальною вимірюваною величиною.
Стаття ЕПР виявилася і помилковою і видатною водночас.
Змусивши фізиків серйозно задуматися над основами квантової фізики, вона спричинила подальший розвиток теорії та сприяла початку досліджень в різних галузях, як от квантової інформації, яка зараз інтенсивно розвивається з потенціалом розробки комп'ютерів безпрецедентної потужності.
На жаль, випадковість результатів вимірювань стоїть на заваді реалізації фантастичних сценаріїв, на кшталт використання сплутаних частинок для надсилання повідомлень з надсвітловою швидкістю.
Тож, теорія відносності в безпеці.
Поки що.
Але квантовий світ виявився набагато дивнішим, ніж хотілось б Айнштайну.