Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир


У. Айзексон
«Инноваторы». Глава из книги


Н. Резник
Жираф большой, ему видней, и сам он хорошо заметен


М. Софер
Куда уходит лето?


С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги


В. Мацарский
Разгневанный Эйнштейн и «темный» рецензент







Главная / Новости науки версия для печати

В квантовом мире нет места реализму?


Эксперименты Антона Цайлингера (на фото) с эллиптически поляризованным светом показали, что несовместимость между квантовой механикой и идеалом классического реализма куда сильнее, чем считало и считает большинство физиков. (Изображение © Jacqueline Godany с сайта www.quantum.at)
Эксперименты Антона Цайлингера (на фото) с эллиптически поляризованным светом показали, что несовместимость между квантовой механикой и идеалом классического реализма куда сильнее, чем считало и считает большинство физиков. (Изображение © Jacqueline Godany с сайта www.quantum.at)

Физики из Австрии и Польши получили новые экспериментальные подтверждения парадоксальных с точки зрения классической физики свойств квантовых объектов. Об этом говорится в статье профессора Венского университета Антона Цайлингера (Anton Zeilinger) и его коллег, которая 19 апреля появилась в журнале Nature.

Эта работа продолжает теперь уже четвертьвековую традицию экспериментов по проверке так называемых неравенств Белла, начатую в 1982 году французским физиком Аленом Аспе (Alain Aspect). В 1964 году работавший в ЦЕРНе ирландский физик Джон Белл (John Bell) указал на возможность экспериментальной проверки принципа локального реализма, который Альберт Эйнштейн полагал обязательным атрибутом любой разумной физической теории. Эйнштейн считал, что результаты определения любых измеримых параметров физической системы, во-первых, полностью заданы ее состоянием до акта измерения и, во-вторых, не могут меняться под воздействием каких-либо удаленных событий, если те заранее не сообщают о себе сигналами, скорость которых не превышает скорость света. С точки зрения Эйнштейна, первое требование выражает идею реализма физического описания, а второе — требование локальности.

Белл первым понял, что принцип локального реализма допускает строгую опытную проверку. Он доказал фундаментальной важности теорему (см. теорема Белла), из которой вытекает, что при соблюдении этого принципа корреляции между измеримыми физическими величинами должны удовлетворять определенным соотношениям, которые сейчас называют неравенствами Белла. Со временем в теоретической физике возникло целое направление, посвященное поиску новых вариантов этой теоремы и вытекающих из нее неравенств.

Экспериментальная проверка теоремы Белла сильно затянулась из-за множества технических трудностей. Лишь в 1982 году аспирант Парижского университета, а ныне профессор Высшей политехнической школы Франции академик Ален Аспе провел серию прецизионных опытов с попарно связанными друг с другом световыми квантами, которые продемонстрировали нарушение неравенств Белла (измеряемыми параметрами служили направления линейной поляризации этих квантов). Позднее аналогичные опыты не раз повторялись другими физиками, причем не только с фотонами — и с совершенно такими же результатами. В конечном счете среди физиков восторжествовало мнение, что квантовомеханические объекты, в отличие от классических, не допускают описания посредством теорий, одновременно удовлетворяющих требованиям реализма и локальности.

Однако опытная проверка теоремы Белла и ее позднейших модификаций отнюдь не закрыла проблему интерпретации глубинного смысла квантовомеханического описания реальности — напротив, она перевела ее на новый уровень. Если квантовые теории не могут одновременно быть реалистичными и локальными, то что из этого следует? Возможно ли сохранить в квантовой механике локальность, пожертвовав реализмом? Или сохранить реализм, отбросив локальность (а это, напомню, запрет на воздействия, распространяющиеся со сверхсветовой скоростью)? Или надо пойти еще дальше, отказавшись и от реализма, и от локальности? Или, что не исключено, этот выбор — просто дело вкуса?

Цайлингер и его коллеги не нашли выхода из этого концептуального лабиринта, но всё же продвинулись в этом направлении. Подобно Аспе, они тоже работали с парами неразделимо взаимосвязанных (как говорят физики, спутанных) фотонов, измеряя параметры их поляризации. При этом они исходили из такого определения полноты физического описания, которое явно не содержало требования локальности. Это определение включает три положения, первым из которых служит требование реализма. Второй пункт: любая система световых квантов является статистической смесью фотонных ансамблей с определенными значениями поляризации. Третий пункт: параметры поляризации этих ансамблей удовлетворяют классическому закону Малюса (этот закон утверждает, что интенсивность линейно поляризованного света после прохождения через анализатор меняется пропорционально квадрату косинуса угла между плоскостями поляризации падающего света и анализатора). Авторы статьи в Nature показали, что из этих требований тоже вытекают определенные неравенства, которым должны удовлетворять измеряемые на опыте корреляции между поляризационными характеристиками света. Однако эти неравенства оказались сложнее белловских, и для их проверки следовало экспериментировать с эллиптически поляризованным светом. Такие измерения технически куда сложнее экспериментов Аспе с линейно поляризованными фотонами.

Цайлингер и его коллеги обнаружили, что модифицированные неравенства также не выполняются. Это означает, что в мире квантовой механики реализм несовместим не только с локальностью, но и с весьма широким классом нелокальных описаний. Правда, не исключено, что существуют какие-то формы нелокальности, которые не вступают в противоречие с реализмом. Однако авторы статьи в Nature делают альтернативный вывод. По их мнению, эксперимент с эллиптически поляризованным светом показал, что несовместимость между квантовой механикой и идеалом классического реализма куда сильнее, чем считало и считает большинство физиков. Например, можно полагать, что каждый фотон из изучаемого ансамбля как-то поляризован, однако при этом ему нельзя приписать никакого конкретного параметра поляризации.

Чтобы понять, насколько этот вывод противоречит нашему обыденному опыту, представим себе его классический аналог: продавец говорит покупателю, что может предложить несколько конкретных марок вин, но в принципе не способен прочесть ярлык ни на одной бутылке. Физики из группы Цайлингера даже не исключают необходимости отказа от таких постулатов науки, как аристотелевская логика или невозможность влиять на прошлое. Во всяком случае, как отметил сам Аспе в комментарии, опубликованном в том же выпуске Nature, результаты группы Цайлингера могут стать началом «более глубокого понимания великих тайн квантовой механики».

Источники:
1) Simon Gröblacher et al. An experimental test of non-local realism // Nature. V. 446. P. 871–875.
2) Alain Aspect. Quantum mechanics: To be or not to be local // Nature. V. 446. P. 866–867.

Алексей Левин


Комментарии (4)



Последние новости: ФизикаАлексей Левин

23.09
LHCb открыл рекордно редкий адронный распад B-мезонов
22.09
Темп рождения прелестных адронов растет с энергией не так, как предсказывала теория
14.09
CMS выпустила статью про поиск двухфотонных резонансов
13.09
Отклонение, напоминавшее заряженный бозон Хиггса, исчезло
12.09
Коллайдер выполнил техническую программу-минимум на этот год
22.08
Наконец-то обнаружен аналог излучения Хокинга в холодном квантовом газе
21.08
ICHEP 2016: Тяжелых экзотических частиц по-прежнему не видно
20.08
Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден
19.08
ICHEP 2016: Всплеск при 2 ТэВ закрыт
17.08
Спектроскопия мюонного дейтерия обострила проблему с радиусом протона

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия