1
Курилка / неинтересное {октобропсто} {жабы прочь}
« : 20 мая 2016, 16:02:51 »Цитировать
ELI5: квантовый ластик с отложенным выбором
Среди бесконечного множества вселенных могут встречаться вселенные с совершенно удивительными свойствами, например такие, где время течет в обратную сторону, а может быть есть и такие, где число Пи равно 4. Большинство вселенных, конечно, ужающе скучны и не могут похвастаться необычными физическими Среди бесконечного множества вселенных могут встречаться вселенные с совершенно удивительными свойствами, например такие, где время течет в обратную сторону, а может быть есть и такие, где число Пи равно 4. Большинство вселенных, конечно, ужающе скучны и не могут похвастаться необычными физическими законами. Но и у нашей совершенно обыденной вселенной есть необычная изнанка, которую можно выявить некоторыми экспериментами. Такими например, как "квантовый ластик с отложенным выбором".
Объясните так, как будто мне пять лет! Я попробую объяснить этот эксперимент как можно проще (а может так и сам пойму).
Начать нужно со старого опыта Юнга с двумя щелями. Представьте себе две дорожки для боулинга и некую даму, которая запускает шары наугад, то по левой дорожке, то по правой. Шары для боулинга это фотоны, они такие маленькие, что нам их не видно. Очевидно, что шар собъет кегли или на левой дорожке, или на правой ("фотон — это частица"). Но мы видим, как дама кидает шар, и выбивает этим шаром кегли через одну на ОБОИХ дорожках одновременно ("фотон — это волна"). Ну и как, черт побери, она это делает? — думаете вы. Может она кидает два шара одновременно? Вы отбираете у нее все шары, и даете ей только один шар за раз. Результат тот же самый. Может проблема в самих шарах? Вы меняете шары для боулинга на футбольные мячи. То же самое, кегли падают на двух дорожках одновременно.
Вы спрашиваете у дамы, и она говорит, что все дело в том, что она пока еще не решила куда кидать шар, и поэтому шар катится по двум дорожкам ОДНОВРЕМЕННО.
Это и есть опыт Юнга. Впервые его поставили еще в 1803 году, 213 лет назад. За прошедшие два века этот эксперимент поставили тысячи раз, в самых разных вариация и условиях. Нет, правда, шарик катится по двум дорожкам одновременно, и возникает интерференция, то есть фотон — это волна. Но ведь теперь у нас больше возможностей, чем 200 лет назад? Давайте проверим.
Вы решаете проверить, по какой именно дорожке катится шар. Вы ставите на левую дорожку одну кеглю на пол–пути, и на правую дорожку еще одну. Теперь все замечательно, вы видите как одна из кеглей падает, и точно знаете, по какой дорожке только что прокатился шар. Вот только теперь шар выбивает страйк только на левой дорожке, или только на правой, но не на обоих вместе. Узнав точно, на какой дорожке находится шар, мы отняли у него возможность катиться по двум дорожкам одновременно. ("Присутствие наблюдателя влияет на эксперимент").
А может быть, это происходит из–за кеглей посередине? Давайте попробуем налить несколько капель краски на дорожку. Скажем, красную краску на правую дорожку, и зеленую на левую. После того, как шар прокатится по краске, на нем останутся следы, и собрав кегли, можно будет посмотреть, по какой дорожке шар прокатился на самом деле. К сожалению, результат тот же самый, что и в предыдущем опыте. Как только мы пытаемся выяснить, где именно проехал шар, он отказывается катиться по двум дорожкам одновременно, и сбивает кегли только на одной из дорожек.
И все же непонятно. Может дело не в том, что мы пытаемся поймать шар на одной из дорожек, может быть ему просто мешает краска? Давайте добавим еще больше краски и назовем эксперимент "квантовый ластик", или квантовый стиратель! После того как шар проедет по одной из дорожек с краской, прямо перед кеглями, выльем сверху на обе дорожки ведро синей краски. Конечно, после этого мы уже не сможем сказать, по какой дорожке проехал шар, но теперь нас больше интересует вопрос, будет ли шарику мешать краска? Мы проводим эксперимент, и шар, как и раньше, сбивает кегли на обоих дорожках. Выходит, краска ему не мешает, шар просто не хочет чтобы мы узнали, где он находился. Раз мы все равно уже не узнаем, какого он был цвета, шар вконец перестал стесняться. Шар для боулинга совершенно точно прокатился по обоим дорожкам, чтобы сбить кегли на обоих дорожках, и одновременно с этим он прокатился или по левой дорожке, или по правой дорожке. Одновременно.
Как такое возможно, ну как? Вы спрашиваете даму, которая уже готовится нанести следующий удар. Она пожимает плечами, говорит: "ОЙ ВСЁ!", и замахивается для очередного броска.
И вот в эту секунду вы придумываете прямо–таки совершенно гениальную схему, которая позволит вам поймать шар за его... дырочки (да, дырочки), прямо на месте преступления. Потому что эти шары для боулинга уже #$##& кататься по двум дорожкам одновременно.
Назовем эту схему "квантовым ластиком с отложенным выбором"
Для этой схемы придется разобрать пару соседних дорожек для боулинга. Во первых, мы поставим в середину каждой дорожки парочку одинаковых легких шаров для боулинга. Во–вторых, мы отнимем у дамы её шар и вручим ей самый тяжелый шар, какой только сможем найти в кегельбане. Когда этот тяжелый шар ударит по легким шарам–близнецам на дорожке (кристалл бета–бората бария, удваивающий фотоны), один легкий шар покатится вперед и собъет кегли, а другой улетит в сторону. Вот как раз туда, куда улетит второй шар, мы и пристраиваем новые дорожки. Когда он попадет на нашу дорожку, можно будет внимательно изучить его, и сказать, с какой дорожки улетел этот шар.
Придется провести этот эксперимент сотню раз, потому что шары получились очень легкие, и сбивают только по одной–две кегли за раз.
К сожалению, в таком виде эксперимент почти не отличается от самого первого опыта, когда мы ставили на пол–пути одну кеглю. Эксперимент предсказуемо терпит неудачу, вы можете понять, по какой дорожке катился шар, но и кегли он выбивает только на этой дорожке.
К счастью, вы хорошо продумали эксперимент. Помните, как в прошлом эксперименте у нас получалось вылить на шар синюю краску чтобы он перестал стесняться? Можно просто смешать все шары, которые залетают на вашу дорожку, в одну кучу. Или облить их из ведра синей краской, все равно её еще много осталось! Так сразу становится интереснее! Если вы не пытаетесь отличить шары, которые к вам залетают, друг от друга, то дама снова начинает выбивать кегли своим шаром на разных дорожках одновременно!
Я уже говорил, это ОЧЕНЬ хорошо продуманный эксперимент? Шары, которые прилетели с левой дорожки можно отсортировать в одну корзину, с правой — во вторую корзину. А часть шаров с обеих дорожек мы вообще отправим в ведро с синей краской, и будем записывать какой шар куда упал. Или даже так, пусть шары сами, совершенно случайно падают в корзины. Потом сравните записи с результатами по кеглям, вас ведь интересуют только те результаты, когда шар дамы выбил кегли сразу на двух дорожках? Рано или поздно какой–то из шаров выбъет кегли на обоих дорожках, а вам останется только проверить, в какой он корзине.
Итак, дама бросает шар несколько раз, вы записываете какие из бросков выбили кегли одновременно на двух дорожках, достаете записи по своим корзинам с шарами, и с противным холодком в спине обнаруживаете, что именно эти шары все попали в ведро с синей краской, и теперь их не отличить друг от друга. Выходит, ШАР УЗНАЛ. Каким–то образом каждый шар выбивающий кегли одновременно на двух дорожках, узнал, что его пара улетевшая к вам, попала в ведро синей краской, и теперь его уже точно не поймают на левой или правой дорожке.
Вот только это не просто хорошо продуманный, это гениальный эксперимент. Вы отступаете в самый конец своей дорожки. Вы заранее сделали свою дорожку подлиннее. Ваш шар прикатится к вам уже после того, как упадут кегли. Эксперимент не будет испорчен наблюдением, к тому моменту когда кегли будут сбиты, ваш шар еще будет катиться, и еще целых 8 наносекунд до него даже никто не дотронется. А уже потом он упадет, или вы его направите, в одну из корзин.
Усилием воли вы подавляете в себе мерзкое предчуствие, что вы уже догадываетесь о результате, и начинаете последний эксперимент.
Кегли падают, и вы обреченно достаете шары из корзин. В корзине, в которой собраны шары вылетевшие с левой дорожки, все шары сбили кегли только со своей дорожки. Аналогично с правой корзиной. В последнем ведре собраны перемазанные синей краской шары. Каждый раз, когда шар дамы сбивал кегли на двух дорожках одновременно, ваш шар оказывался в этом ведре. И вы отправили их сюда самостоятельно, но вопреки задаче, вы сделали это уже после того, как упали кегли, хотя буквально только что хотели выяснить, с какой они дорожки. И теперь у вас нет шанса это узнать. Одно вы знаете точно, что раз шар сбил кегли на обоих дорожках, значит он существовал на обоих дорожках одновременно, а раз они оказались у вас, то они начали свое движение с левой или правой дорожки. Но самое страшное даже не в том, что вы самостоятельно принимали решение направить каждый из этих шаров в это ведро, а в том, что каждый из этих близнецов этих шаров знал, что в будущем, через 8 наносекунд, вы решите отправить свой шар в ведро с синей краской.
Вы прикидываете, что можно еще нарастить дорожку, и отложить принятие решения не 8 наносекунд, а на пол–секунды. Или на день. Или на пару миллиардов лет. Результата эксперимента это не изменит.
В этой точке вы решаете завязывать с квантовыми экспериментами, и подвести какие–то итоги. Вы заявляете, что все в этом мире предопределено (и идете пить пиво), либо говорите, что будущее управляет прошлым (и идете пить пиво), либо подыскиваете эксперименту какое–то другое объяснение (и идете пить пиво). Как очевидно из вашего выбора, варианты есть всегда!