Наука и Техника

Наука И Техника
2 января 2016

Обладает ли квантовая запутанность массой?

Мы знаем, что есть некое явление: квантовая запутанность, в ходе которой частицы связаны друг с другом на больших расстояниях. Теперь допустим, что у квантовой запутанности есть собственная масса. Таким образом, запутанность, как предполагает одна из последних научных работ, может влиять на гравитацию.

Но для начала вернемся на шаг назад. Мы такие, какими являемся, и есть что-то прелестное в понимании, что мы отличаемся друг от друга и являемся уникальными, каждый человек на Земле. Мы сложные. Но частицы — они не сложные. Или, скорее, они сложные в другом смысле. Частицы становятся неразличимыми, делят одну личность и характеристики на двоих, но все же остаются частью группы частиц, которые можно описать как одну. Это не клоны — на клонов можно воздействовать по отдельности.

Иными словами, группу частиц, разделяющих определенное состояние, нельзя описывать по отдельности. Поскольку невозможно полностью описать одну частицу, не описывая ее партнеров. Или же — еще одна формулировка — невозможно сделать что-то с конкретной частицей, занимающей такое же состояние, как и другая частица, не сделав того же самого со второй частицей. В математическом исполнении все это выглядит не так странно, как звучит.

Когда частицы находятся в одном состоянии, мы говорим, что они запутаны: странный, но вездесущий феномен, когда свойства частицы полностью коррелируют с измерением свойств другой частицы. Когда происходит измерение, обе частицы, где бы они ни были, приходят к одному состоянию мгновенно.

Эйнштейн не был в восторге от этой идеи, предпочитая альтернативные объяснения, в которых эти отношения могут описываться скрытыми переменными, а не «жутким действием на расстоянии». Эта более удобная, ну или по крайней мере безопасная альтернатива была основана на вере в фундаментальную неполноту квантовой картины мира.

Эта неполнота также подтверждалась гравитацией. Гравитация — настолько слабая сила, что в квантовом мире, казалось бы, вы можете вообще не обращать на нее внимания. Именно эта тема лежит в основе новой работы Дэвида Бруши из Еврейского университета в Иерусалиме. Он выдвигает предположение, что, возможно, само явление запутанности влияет на гравитационные поля, как искривляющие пространство-время движения черных дыр или систем двойных звезд — но в других масштабах.

Работа Бруши — попытка выработать математическое решение того, как эти поля могут нарушаться присутствием запутанных частиц.

«Было установлено, что квантовая когерентность и запутанность в системе могут быть использованы для извлечения энергии, — рассказал Бруши. — В некотором смысле в когерентности можно хранить энергию. Квантовые холодильники используют это как основной принцип [своей работы]. Это наблюдение вдохновило меня задаться вопросом. Если бы энергию каким-то образом можно было извлечь из квантовых когерентностей системы, то гравитация должна была бы подвергаться влиянию «квантовости этого состояния». Этого следовало бы ожидать, поскольку энергия взаимодействует (то есть является источником) с гравитацией».

Основная идея заключается в том, что запутанные частицы просто весят немного больше, чем могли бы весить в качестве отдельных единиц. Таким образом, гравитационное возмущение становится функцией обеих энергий частиц, как следует ожидать, а также продолжительности времени, в ходе которого сохраняется запутанность. Разница невообразимо мала — одна часть на 10^37 — но в теории обнаружима. Ее можно будет зарегистрировать.

«Для сверхтяжелых частиц, для ультрарелятивистских частиц или состояний с большим количеством возбуждений результат, как мы надеемся, должен превышать предыдущий на несколько порядков. В принципе, это делает эффект измеряемым».

Этот эффект должен проявиться в виде гравитационных волн, поскольку движение массивных объектов вызывает пространственно-временную рябь, которая распространяется наружу в самом пространстве-времени. Не так давно доказательство таких волн было подтверждено.

Идея Бруши состоит в том, чтобы взять математику запутанности, то, как одна частица может вызывать возбуждения в квантовом поле в двух или более местах, и переложить ее в терминах теории относительности, в частности, создания гравитационных волн.

Возможно, связи не будет вовсе. Это всего лишь допущение, которое может привести к интересным результатам. «Я пока не могу сказать, откуда приходит энергия (читай — вес) или где она хранится, — говорит Бруши. — На данный момент эти вопросы расплывчаты, хотя и весьма интересны. Дальнейшая работа покажет».