Информация

Карта сайта

Эволюция arrow История вещей arrow Наука arrow Будущее может влиять на прошлое: тайны квантов
2017-07-30 02:00:00
Будущее может влиять на прошлое: тайны квантов
Печать E-mail
(0 голосов)

Принцип причинности в самой простой формулировке гласит, что событие в прошлом может повлиять на событие в будущем. Однако некоторые физики считают, что в квантовом мире будущее может влиять на прошлое.

 

Группа физиков под руководством президента Израильского фонда фундаментальных исследований Якира Ааронова опубликовала в интернете препринт статьи под интригующим заголовком «Can a Future Choice Affect a Past Measurement’s Outcome?». Авторы утверждают, что состояние квантовой системы в данный момент времени влияет на состояние этой системы в прошлом, из чего следует, что на квантовом уровне закон причинности действует как в прямом направлении от прошлого к будущему, так и в обратном!

Эффект Ааронова-Бома

Поместим по одну сторону от экрана с двумя параллельными щелями источник моноэнергетических электронов, а по другую сторону установим детектор, который будет регистрировать периодические колебания плотности электронов, вызванные их интерференцией.

Усложним опыт — между экраном и детектором параллельно щелям поместим длинный тонкий соленоид с током. Магнитное поле замкнуто внутри соленоида, наружу оно не проникает. Казалось бы, электроны не могут никак его почувствовать, ведь на их пути от щелей к детектору его напряженность равна нулю. Однако Ааронов и Бом показали, что при включении тока интерференционные полосы сдвигаются, что и подтвердил Чамберс. Все дело в том, что на разность фаз волновых функций электронов, приходящих к детектору от обеих щелей, влияет векторный потенциал электромагнитного поля, а вот он вне соленоида отличен от нуля. То есть электроны чувствуют присутствие электромагнитного поля даже тогда, когда его не способен обнаружить ни единый классический прибор!

Слабые и сильные

Новая работа основана на утверждении Ааронова и его единомышленников, что квантовой системе соответствует не одна, как в стандартной версии, а пара волновых функций. Одна из них описывает эволюцию системы в прямом направлении по стреле времени, другая — в противоположном. Измерение, проведенное в настоящий момент, меняет значение этой функции в прошлом, что можно выявить предшествующими измерениями. Однако их необходимо вести, почти не возмущая состояния системы (скажем, используя очень слабые магнитные поля, если речь идет об ориентации спина электронов).

Но главное состоит в том, что каждый из результатов этих слабых измерений будет малоинформативен и практической пользы не принесет. А вот если провести множество таких измерений, ошибки скомпенсируют друг друга и в сухом остатке окажется реальная информация. Однако расшифровать ее можно лишь после выполнения нормального, сильного измерения (которое, если вернуться к примеру с электронными спинами, однозначно определит проекцию спина на направление магнитного поля).

А как обстоит дело с причинностью, коль скоро в заключительном опыте это направление можно выбрать произвольно? Дело в том, что такой выбор скажется на результатах сильного измерения, и, соответственно, на результатах дешифровки слабых измерений. Квантовая частица на пути от слабого измерения к сильному пребывает в суперпозиции различных состояний, одно из которых несет отпечаток проведенного слабого измерения, а второе будет выявлено в сильном измерении. Полученные в финале данные повлияют на информацию, которую можно извлечь из предшествующей работы. Таким образом, причинность все же сохраняется, хотя и в более ограниченном смысле, нежели в стандартной версии квантовой механики.

Сложный квантовый мир

Ааронов и его коллега по Тель-Авивскому университету Лев Вайдман обнародовали теорию слабых квантовых измерений в 1988 году. Она долгое время считалась чисто формальной конструкцией, однако в последние годы ее с успехом использовали в ряде лабораторий. Так, в 2007 году американские физики зарегистрировали ничтожную разницу в углах преломления входящих из воздуха в стекло световых пучков разной поляризации (оптический спиновый эффект Холла). Еще через два года другие исследователи этим же методом измерили поворот плоского зеркала на 23 триллионных доли градуса (если б оно отражало лазерный луч, пятно от него сдвинулось бы на лунной поверхности примерно на миллиметр). Так что физическая ценность слабых измерений уже доказана. Проблема в другом — можно ли с их помощью обосновать концепцию обратной причинности?

Сам Якир Ааронов, отвечая на этот вопрос «ПМ», подчеркнул, что модель двух волновых функций с разными направлениями времени не противоречит ни логической структуре квантовой механики, ни вытекающим из этой структуры соотношениям неопределенностей: «Квантовые процессы содержат специфические шумы, которые в принципе невозможно полностью подавить. Слабые измерения очень мягко прощупывают эти шумы и дают возможность снизить их уровень. Именно так был выявлен целый ряд квантовых явлений, которые ранее не удавалось зарегистрировать. В этом нет никакой мистики, просто мы еще раз убедились, что квантовый мир устроен даже сложнее, чем думали Нильс Бор, Вернер Гейзенберг и остальные создатели квантовой механики». Правда, с мнением Ааронова многие физики решительно не согласны. Слово за экспериментаторами.

Источник

 
Этот день в истории
21 августа
1754родился Уильям Мердок (англ. William Murdoch) (ум. 1839), английский изобретатель, первым применивший газ для освещения
1789родился Огюстен Луи Коши (англ. Augustin Louis Cauchy), великий французский математик, один из основоположников теории аналитических функций (ум. 1857).
1841Джон Хэмптон (John Hampton) запатентовал подъёмные жалюзи
        cм. по теме: История появления жалюзи »
1902Основан «Кадиллак», отделение концерна «Дженерал Моторс» по выпуску легковых автомобилей класса «люкс». Звучное название дано в память об Антуане да Ла Мотт Кадиллаке (Laumet de La Mothe, Sieur de Cadillac), основателе города Детройта
1932В Венеции состоялся первый международный кинофестиваль
        cм. по теме: История кинематографа »
1956Под руководством С. Королёва в СССР пущена первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета P-7
1965В английском футболе впервые разрешены замены в ходе матча (первым игроком, вышедшим на замену стал Кейт Пикок)
1981Учёные впервые сообщили об угрозе глобального потепления на Земле
Поиск
 

 
Случайные
Рейтинг
Популярные
Статьи