В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Никто не понимает, почему и как этот эффект работает, и это привело к некоторым интригующим, хоть и бесполезным, размышлениям. Если бы во всей пустой Вселенной была только одна частица, она не обладала бы инерцией, поскольку не было бы ничего, относительно чего можно было бы измерить ее движение или сопротивление движению. Но если бы в такой вселенной было только две частицы, обладали бы они той же инерцией, которую они имеют в нашей Вселенной? Если бы можно было волшебным образом убрать половину материи из нашей Вселенной, обладало бы оставшееся той же инерцией или половиной от нее? (Или в два раза большей?) Эта загадка сегодня настолько же велика, как и триста лет назад, однако, возможно, смерть локальных реалистических взглядов на мир дает нам зацепку. Если все, что взаимодействовало друг с другом во время Большого взрыва, до сих пор остается взаимосвязанным, то каждая частица каждой звезды и галактики, которую мы видим, «знает» о существовании каждой другой частицы. Инерция превращается не в задачу для космологов и релятивистов, а оказывается прочно завязанной с квантовой механикой.

Кажется ли это парадоксальным? Ричард Фейнман сжато описал эту ситуацию в своих «Лекциях»: «Этот „парадокс" – лишь конфликт между реальностью и вашим ощущением, какой „должна быть" реальность». Не кажется ли это бессмысленным, как и спор о количестве ангелов, которые могут разместиться на кончике иглы? Уже в 1983 году, всего через несколько недель после публикации результатов команды Аспе, ученые из университета Сассекса в Англии объявили о результатах экспериментов, которые не только дают независимое подтверждение взаимосвязи всего на квантовом уровне, но также предлагают обзор практических применений, включая новое поколение компьютеров, настолько же превосходящих современную полупроводниковую технологию, как транзисторный приемник превосходит сигнализацию флажками.

Подтверждение и практическое применение

Команда из Сассека во главе с Терри Кларком подошла к проблеме проведения измерения квантовой реальности с другой стороны. Вместо того чтобы пытаться проводить эксперименты в масштабах обычных квантовых частиц – атомов или меньше, – они попытались создать «квантовые частицы», которые лучше подходят по размеру для обычных измерительных устройств. Их техника основывается на явлении сверхпроводимости и использует кольцо из сверхпроводящего материала около полусантиметра в диаметре, в одном месте которого сформировано сужение, где кольцо сужается всего лишь до одной десятимиллионной квадратного сантиметра в поперечном сечении. Это «слабая связка», изобретенная Брайаном Джозефсоном, разработавшим контакт Джозефсона, заставляет сверхпроводящее кольцо вести себя подобно открытому цилиндру – как труба органа или жестяная банка с вырезанными дном и верхом. Волны Шрёдингера, описывающие сверхпроводящие электроны в кольце, ведут себя, как стоячие звуковые волны в органной трубе, и могут быть «настроены» посредством изменяющегося электромагнитного поля на радиочастотах. В результате волна электронов, опоясывающая целое кольцо, имитирует единичную квантовую частицу, и с помощью чувствительного радиочастотного детектора команда ученых смогла наблюдать эффекты квантового перехода электронной волны в кольце. С практической точки зрения это похоже на единичную квантовую частицу диаметром полсантиметра, с которой можно работать, – это подобно примеру маленького ведерка с сверхтекучим гелием, о котором упоминалось ранее, но при этом еще более радикально.

Этот эксперимент позволяет проводить прямые измерения единичных квантовых переходов, а также дает дополнительные четкие свидетельства нелокальности. Поскольку электроны в сверхпроводнике ведут себя, как один бозон, волна Шрёдингера, создающая квантовые переходы, распространяется на все кольцо. Весь этот псевдобозон в один момент претерпевает квантовый переход. Не наблюдается того, что одна сторона кольца первой совершает переход, а другая сторона приступает к нему лишь тогда, когда передаваемый на скорости света сигнал получает достаточно времени, чтобы обогнуть кольцо и повлиять на оставшуюся часть «частицы». В некотором роде этот эксперимент дает даже более веские результаты, чем проверка неравенства Белла, проведенная Аспе. Этот эксперимент покоится на аргументах, которые хоть и являются математически недвусмысленными, не так-то просты для понимания далекого от науки человека. Гораздо проще разобраться с концепцией единственной «частицы» с диаметром полсантиметра, которая ведет себя как одиночная квантовая частица и которая всей своей сущностью моментально реагирует на любое возбуждение, получаемое извне.