Эксперимент квантового ластика будоражит умы многих исследователей и не без оснований – изучая процесс проведения опыта и результаты, которые получают учёные, легко попасть под влияние иллюзий относительно нарушений фундаментальных законов физики. В этой статье мы рассмотрим мысленный опыт, который позволяет убедиться, что явление квантового стирания не обнаруживает противоречий в современной физической теории и не позволяет нарушить её основные законы.

Введение

Постановка реального опыта – это наилучший метод проверки гипотез, однако, эксперимент квантового ластика непросто провести в домашних условиях, поэтому ограничимся его мысленным аналогом.

В процессе проведения опыта будем основываться на предположении, что современная физическая теория объективна и верно описывает происходящие в природе процессы. Предлагаемый эксперимент нацелен на анализ явления квантового стирания и обнаружение противоречий в теории, которые, возможно, лежат в его основе.

Для полного понимания написанного рекомендуется подробнее ознакомиться с экспериментом квантового ластика и порядком его проведения (статья в русской Википедии, статья из блога Hackaday на русском языке). В данной статье мы не будем повторно касаться этой темы.

Мысленный эксперимент

Итак, представим двух хитрых учёных (назовём их хитрый учёный А и хитрый учёный Б), которые решили доказать миру, что квантовая теория содержит противоречия и должна быть пересмотрена. Для этого они взяли установку из эксперимента квантового ластика и “растянули” её: хитрый учёный А вместе с излучателем и двухщелевой пластиной остался на Земле, а хитрый учёный Б сел в космический корабль и улетел на расстояние одного светового часа (это, примерно, 1 миллиард километров), прихватив с собой линейный поляризатор из установки. После чего они синхронизировали своё время и согласовали момент, когда хитрый учёный А запустит эксперимент. Они также договорились, что после старта эксперимента хитрый учёный Б несколько раз установит и снимет свой линейный поляризатор с пути следования одного из запутанных фотонов, сбивая его с толку и изменяя таким образом картину на экране детектора хитрого учёного А, который находится на Земле.

Хитрые учёные, потирая ладони в предвкушении сенсационных результатов, запустили эксперимент и принялись наблюдать и переустанавливать линейный поляризатор. Чуда не произошло – учёный на Земле сразу после старта эксперимента наблюдал неизменную картину на детекторе, которая всегда соответствовала положению линейного поляризатора в тот самый момент, когда фотон достиг хитрого учёного Б. Этот факт напрямую доказывается реальным экспериментом под названием Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором (именно он описан в переведённой статье из блога Hackaday), только хитрый учёный Б с поляризатором там заменён на полупрозрачное зеркало, пропускающее 50% фотонов и отражающее другие 50% (и для этого не понадобилось улетать на миллиард километров!)

Развитие идеи

Думаю, я могу ответственно заявить, что никто не понимает квантовую механику. Если есть возможность, прекратите спрашивать себя “Да как же это возможно?” — так как вас занесёт в тупик, из которого ещё никто не выбирался.

– Ричард Фейнман

Хитрые учёные потерпели фиаско, но не привыкли сдаваться – они решили обмануть физику и договорились, что учёный А в ходе эксперимента сообщит учёному Б, что именно он видит на детекторе – две полоски или интерференционную картину. Хитрый учёный Б, прознав об этом, установит или снимет поляризатор с целью заставить фотон изменить своё решение на противоположное, когда он достигнет учёного Б.

Но тут хитрых учёных также поджидает неудача, которая объясняется тем, что скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью во Вселенной и при этом ограничена конкретной величиной. Важно понимать, что данное ограничение накладывается не только на свет – это справедливо для любых взаимодействий. Это, так называемая, скорость причинности или скорость распространения изменений во Вселенной. И отсюда следует, что хитрый учёный Б никак не сможет узнать, какая картина возникла на земном детекторе, раньше, чем один из фотонов доберётся до него. То есть, его действия в будущем никак не повлияют на результат в прошлом, а полученное на Земле изображение всегда будет согласовано с положением поляризатора в конце эксперимента.

Оставшиеся вопросы

Тем не менее, не всё так гладко в описанной модели, и нерешёнными остаются несколько вопросов:

Хитрый учёный А, находясь на Земле, обладает информацией о том, как поступит его коллега, находящийся за миллиард километров от него. При этом, никакой классической связи между учёными нет, а учёный А получает указанную информацию сразу после того, как фотон достигает его детектора. Откуда у него эта информация и может ли он её использовать для предсказания будущего? Этот вопрос получил развитие в видео от PBS Space Time – посмотрите, оно того стоит.
Что, если для передачи информации о полученной на земном детекторе картине хитрые учёные будут использовать не классический канал, а, например, “обратную” опытную установку – линейный поляризатор такой установки будет находиться на Земле, а источник фотонов с двухщелевой пластиной – у хитрого учёного Б? Тогда последовательность действий могла бы быть следующей:
- хитрый учёный А запускает эксперимент и наблюдает полученную на детекторе картину;
- в соответствии с этой картиной он устанавливает или снимает линейный поляризатор с “обратной” установки, приводя её в состояние, аналогичное “прямой” установке;
- через 5 минут после начала эксперимента хитрый учёный Б запускает “обратную” установку и мгновенно получает результат, что позволяет ему изменить состояние “прямой” установки на противоположное и, тем самым, заставить фотон, выпущенный хитрым учёным А из “прямой” установки, поменять своё решение.

Дальнейшее изучение

Подобные вопросы, очевидно, возникают из-за недостаточного понимания происходящих в квантовой механике процессов и истинной природы наблюдаемых явлений. Поэтому, в завершение приводится несколько ссылок, которые могут стать отправной точкой в дальнейшем самостоятельном изучении этой занимательной области современной науки.