Довид Ласерна - На волне Вселенной. Шрёдингер. Квантовые парадоксы
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
