Обладает ли квантовая запутанность массой?

13.01.2015, Илья Хель 17

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.

Квантовая запутанность

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».

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.