Квантовая теория передачи взаимодействий

Квантовая механика против СТО — Заочные электронные конференции

Квантовая теория передачи взаимодействий

Квантовая механика против СТО

Путенихин П.В.

Квантовая механика против СТО

Путенихин П.В.

m55@mai.ru

Аннотация

Утверждения о «мирном сосуществовании» квантовой теории и специальной теории относительности необоснованны. Взгляды этих двух теорий на скорость передачи взаимодействия являются непримиримыми и взаимоисключающими. Одна из этих двух теорий (или обе) требует пересмотра.

Специальная теория относительности

Рассмотрим пример. Два одинаковых поезда движутся навстречу друг другу. В момент, когда поравняются их локомотивы, все часы в поездах устанавливаются в нулевые показания (в рамках своих ИСО). При этом для наблюдателей в хвостовых вагонах поездов часы хвостового вагона другого поезда будут установлены в будущее.

Например, в поезде А часы в хвостовом вагоне сброшены в ноль, но по мнению наблюдателя в этом вагоне часы в хвостовом вагоне поезда В будут установлены в «будущее», например, в показания 60 минут. И наоборот. В процессе сближения часов они будут взаимно отставать и при встрече их показания сравняются.

Получается, что часы в хвостовых вагонах действительно были установлены в «будущее».

Мы не можем дважды совместить двое относительно движущихся часов без того, чтобы привести их в ускоренное движение и тем самым выйти за рамки СТО. Вот если бы можно было сравнить показания часов, не расположив их дважды рядом, а сняв показания с разнесенных на расстояние часов мгновенно.

Вот если бы можно было мгновенно «слетать» в удаленную точку и посмотреть, что показывают часы там! Что они показывают «на самом деле» в данный момент времени по нашим часам? С точки зрения СТО это означает путешествие в будущее! Может быть, такую возможность может предоставить квантовая корреляция запутанных частиц? Очевидно, что сам факт мгновенной передачи информации в любом виде опровергнет один из постулатов СТО и, следовательно, саму СТО.

Квантовая теория

Квантовая теория утверждает, что при измерении одной из запутанных частиц, вторая мгновенно и на любом расстоянии проецируется в собственное состояние, которое строго и однозначно соответствует состоянию первой измеренной частицы.

Конечно, узнать о том, что эти частицы ведут себя синхронно, одинаково, мы можем, лишь передав информацию от одной частицы к другой обычным способом – со скоростью, не превышающей скорость света.

Квантовая теория утверждает, что передачи информации при коллапсе волновой функции не происходит, поэтому формально мгновенная скорость «распространения» корреляции не противоречит СТО.

Можно ли использовать корреляцию для проверки СТО? Если удастся показать, что квантовая корреляция может использоваться для передачи информации с мгновенной скоростью, то признание истинности СТО потребует признать ошибочность положения квантовой теории о нелокальности.

Квантово-релятивистский мысленный эксперимент

Рассмотрим экспериментальный комплекс на рис.1:

Рис.1 Экспериментальный комплекс для рассмотрения противоречия между квантовой механикой и СТО

Источник запутанных фотонов S испускает равномерные последовательности фотонов v1…vNв противоположных направлениях к А и к B. Два объекта А и В, находящиеся на одинаковом удалении от источника S, сближаются с одинаковыми скоростями. В момент, когда объекты А, В и S поравнялись, часы на объектах А и В синхронизируются с часами неподвижной ИСО, в которой находится и источник S.

Наблюдатели на объектах А и В пропускают полученные фотоны через одинаково ориентированные поляризаторы. Вследствие запутанности, фотоны будут одинаково зарегистрированы обоими наблюдателями: они либо оба пройдут через поляризаторы, либо оба будут ими задержаны. Записывающее устройство фиксирует интервалы времени между фотонами, прошедшими через поляризатор.

Поскольку фотоны проходят поляризаторы случайным образом, то интервалы между регистрациями могут быть как минимальными (два подряд идущих фотона прошли поляризатор), так и кратными ему (если несколько идущих подряд фотонов были задержаны поляризаторами). Обозначим эти интервалы последовательными числами 0, 1, 2, 3 и так далее.

Одновременно с регистрацией каждого фотона записывающее устройство фиксирует время его регистрации.

В идеальном случае (без потерь фотонов и нулевой погрешности установки поляроидов) – последовательности будут идентичными от первого до последнего символа. С точки зрения трех ИСО: неподвижной, А и В оба фотона каждой пары измерены на А и на В абсолютно одновременно. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим этот процесс с точки зрения А.

В момент измерения фотона А он находится на объекте А, с какой бы точки зрения мы его ни рассматривали – это место совершения события. Парный ему фотон В проецируется в собственное состояние на объекте В с точки зрения неподвижной ИСО. Следовательно, это также место совершения события и оно одно и то же для любой ИСО.

Отметим это с еще большей определенностью: событие «ПРОЕЦИРОВАНИЕ ФОТОНА В СОБСТВЕННОЕ СОСТОЯНИЕ» с точки зрения неподвижной ИСО произошло в А (В). Место происхождения этого события пространственно строго определено, оно произошло именно в этой точке пространства и ни в какой другой.

В соответствии со специальной теорией относительности – это событие произошло в этом месте и с точки зрения любой другой ИСО.

Таким образом, в момент измерения фотона на А исследователь точно уверен, что второй фотон пары находится на В.

Если бы исследователь А сказал, что фотон был измерен на В по часам А уже давно (или просто в другое время), то фотон в этот момент по часам А не находится на В.

Следовательно, уникальное мгновенное событие «ПРОЕЦИРОВАНИЕ» оказывается произошедшем в разных местах, что является абсурдом.

Аналогично, в момент измерения фотона на В исследователь В точно также уверен, что первый фотон пары находится в этот момент на А. При этом для нас сейчас неважно: каждый из фотонов спроецирован в собственное состояние до измерения (в результате чужого измерения) или в результате измерения (своего). В соответствии с формулой Лоренца:

(1)

и в связи с коллапсом вектора состояния запутанных фотонов исследователь А считает, что на В напротив текущего измерения записано время (1). Сам исследователь А запишет напротив этого же измерения собственное время — tA.

Противоречие между квантовой теорией и теорией относительности состоит в конфликте отношений к принципу предельности скорости передачи информации. Однако известны высказывания о «мирном сосуществовании» между КМ и СТО, поскольку при коллапсе волновой функции запутанных частиц нет передачи информации.

Если права квантовая теория

Через какое-то время мы прекращаем запись показаний поляризаторов и возвращаем объекты А и В в какое-то общее место. Просмотрим архивы записывающих устройств А и В.

Экспериментальный комплекс симметричен, поэтому к каждому из исследователей А и В фотоны будут поступать в одинаковой последовательности (очередности): из интервалов 0, 1, 2, 3 и так далее. Попробуем найти в записях последовательности интервалов (сигнатуру) вида, например, «000-111-000», которую назовем «меткой».

Поскольку фотоны поступают случайным образом, то такая последовательность парных прохождений коррелированных фотонов вполне вероятна.

Если же такую последовательность мы не обнаружим в наших архивах, то мы возьмем любую другую, достаточно редкую последовательность, поскольку нам нужна «опорная метка», то есть точка в записях, с которой мы начнем сравнивать их друг с другом. Допустим, мы нашли метку «000-111-000».

Если фотоны принимают собственные состояния в соответствии с квантовой теорией мгновенно на любом расстоянии, то мы имеем полные основания утверждать, что эти две последовательности – метки «сформировались» одновременно с точки зрения всех ИСО – А, В и S.

Это означает, что записав показания собственных часов, наблюдатель А словно бы мгновенно «перепрыгнул» на В и посмотрел показания его часов. Можно сказать иначе: наблюдатель А как бы дистанционно сделал запись метки «000-111-000» в журнале В, против которой наблюдатель В поставил свое время.

Эта метка является уникальной: она единственная (либо первая из нескольких возможных), она появилась на А и на В абсолютно одновременно (в противовес «относительности одновременности»), она является сигналом синхронизации.

Хотя этот сигнал не был передан от одного наблюдателя к другому, он, безусловно, возник одновременно, и каждый из наблюдателей вправе считать, что именно он сгенерировал этот сигнал своим поляризатором. Нас не удивляет, когда мы пытаемся несколько раз щелкнуть зажигалкой, пытаясь зажечь ее.

Иногда для этого приходится проделать несколько попыток. Так и здесь: наблюдатель включает свой прибор и «щелкает» измерителем, пытаясь поймать «искру» — метку «000-111-000». Наконец, он фиксирует эту последовательности и говорит: сигнал сформирован! Этот сформированный сигнал мгновенно оказывается сформированным и на приборе второго наблюдателя.

Еще раз отметим: одновременность формирования сигнала снимает вопрос о том, какой из исследователей был «чуть-чуть впереди» другого. Этот сигнал синхронизации наблюдатели могут использовать для любых других целей, например, послать друг другу световой сигнал или синхронизировать свои часы (сбросить в ноль секунды, минуты).

Очевидно, что при последующем сравнении архивов записей, наблюдатель А ожидает увидеть в записях В против метки «000-111-000» время в соответствии с уравнением специальной теории относительности (1), то есть показания часов В, отличные от показаний часов А.

То же самое ожидает увидеть и В в отношении записей А. Однако безусловно очевидно, что эти две записи будут идентичными.

Таким образом, квантовая теория опровергает выводы специальной теории относительности об отставании часов: часы движущихся относительно ИСО идут синхронно.

Если права специальная теория относительности

Специальная теория дает для показаний часов уравнение, но исключает возможность непосредственно сравнить эти показания дважды.

Мы можем либо изначально синхронизировать часы, предполагая, что в дальнейшем каждые из них относительно отстают, либо совместить их в конце некоторого движения, заключив, что показания часов ранее были с некоторым опережением.

СТО исключает возможность любого физического сопоставления интервалов времени, прошедшего в каждой из ИСО. Постулат об ограниченности скорости передачи сообщения приводит любое такое измерение в соответствие с формулой (1). Просмотрим архивы с точки зрения СТО.

Поскольку экспериментальный комплекс симметричен, то к каждому из исследователей А и В фотоны будут поступать в одинаковой последовательности (очередности): из интервалов 0, 1, 2, 3 и так далее.

Попробуем найти в записях метку «000-111-000». Очевидно, нет никаких препятствий, что такая метка будет найдена. Поскольку фотоны запутаны, они явно будут давать одинаковые результаты при измерении каждым из поляризаторов.

Допустим, мы нашли метку «000-111-000».

Если фотоны принимают собственные состояния вопреки квантовой теории без взаимной синхронности друг с другом, но строго одинаково, поскольку фотоны просто имеют одинаковые состояния, для чего расстояние значения не имеет, то мы имеем безусловные основания утверждать, что эти две последовательности – метки «сформировались» в строгом соответствии с положениями СТО и принципа «относительности одновременности». Это означает, что каждый из наблюдателей записывает показания собственных часов в момент получения своей метки. Однако эта метка не является уникальной: каждый из наблюдателей получает ее по своим собственным часам, метка не является сигналом синхронизации.

Очевидно, что при последующем сравнении архивов записей, наблюдатель А ожидает увидеть в записях В против метки «000-111-000» время, в точности совпадающее с собственными записями, поскольку он знает: эксперимент симметричен.

При этом наблюдатель А знает, что время, когда наблюдатель В сделал свою запись в журнале определяется в соответствии с уравнением (1) и не совпадает со временем, когда такую же запись сделал наблюдатель А в своем журнале.

Записи в архивах были сделаны в разное время с точки зрения обоих наблюдателей, но эти записи одинаковые. Таким образом, эти две записи будут идентичными по содержанию, но разновременными по созданию.

Специальная теория относительности строго последовательно и логично следует своим принципам и дает согласующиеся выводы.

Итак, единственным пунктом доводов, который отвергается специальной теорией относительности, является предположение о мгновенном распространении корреляционной связи между частицами. Только отказ от этого предположения позволяет получить правильные выводы в рамках СТО.

Все остальные доводы в этих рассуждений сделаны в строгом соответствии с СТО и не могут ставиться под сомнение. Следовательно, СТО явно требует непризнания положения квантовой теории о мгновенности коллапса вектора состояния запутанных частиц.

В рамках СТО положение квантовой теории о мгновенности коллапса является ошибочным положением.

Выводы

  1. Между квантовой теорией и специальной теорией относительности существует неустранимое противоречие, касающееся скорости передачи взаимодействия и квантовой нелокальности.

  2. Положение квантовой теории о мгновенности коллапса вектора состояния противоречит постулату СТО об ограниченности скорости передачи взаимодействия, поскольку существует способ использовать коллапс для формирования сигнала синхронизации, являющегося фактически информационным сигналом, мгновенно распространяющимся в пространстве.

  3. Одна из теорий – квантовая или специальная теория относительности, либо обе теории требуют пересмотра в вопросе о скорости передачи взаимодействия. Для квантовой теории – это отказа от квантовой корреляции запутанных частиц (нелокальности) с мгновенностью коллапса волновой функции на любом расстоянии, для СТО – это предельность скорости передачи взаимодействия.

Источник: http://econf.rae.ru/article/6362

Квантовая теория поля — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Квантовая теория передачи взаимодействий

Важнейшей физической характеристикой элементарных частиц является их масса. Сегодня массы измерены с большой точностью. Например, масса электрона имеет величину me = 9, 1093897(54)•10-28 г = 0, 51099906(15) Мэв/с2, а масса протона (ядра атома водорода) — mp = 1, 6726231(10)•10-24 г = 938, 27231(28) Мэв/с2.

Второй важной физической характеристикой частицы является ее собственный механический момент, называемый спином.

Спины частиц квантованы — они всегда кратны половине величины, называемой постоянной Планка ђ= 1, 05457266(63)•10-27эрг•с = 6, 5821220(20)•10-22 Мэв•с, так что они могут быть либо целыми (0, 1, 2…), либо полуцелыми (1/2, 3/2, 5/2…).

Частицы с целыми спинами называют бозонами, с полуцелыми — фермионами, их статистические свойства резко отличаются: количество бозонов, которые могут находиться в одинаковых состояниях, не ограничено, а два фермиона занимать одно и то же состояние не могут.

Первые описываются статистикой Бозе — Эйнштейна, вторые — статистикой Ферми — Дирака.

Электрические заряды элементарных частиц всегда квантованы и кратны величине элементарного заряда е = 1, 60217733(49)•10-19 кулона или его определенной части (в случае кварков — 1/3 е).

Важной характеристикой элементарной частицы является ее время жизни. Среди наблюдаемых элементарных частиц в настоящее время стабильными (с бесконечно большим временем жизни) считаются: электрон, фотон, нейтрино (разных типов) и протон, причем в ряде моделей предполагается, что последний может быть нестабильным.

Остальные частицы нестабильны и распадаются по экспоненциальному закону, так что за время t их количество убывает в e-t/τ раз, при этом их время жизни τдля разных частиц варьируется в очень широком диапазоне (например, у нейтрального пиона — 10-16 с, а у нейтрона — 10 мин).

Нестабильность элементарных частиц есть одно из проявлений их общего свойства взаимопревращаемости и является следствием взаимодействия их фундаментальных составляющих. Сегодня известны четыре базовых типа взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное, различающиеся по силе (константе) взаимодействия.

Взаимодействие между частицами ведет либо к превращению одних частиц в другие, либо к возникновению составных комплексов, таких как ядра атомов, атомы и молекулы, причем такие процессы подчиняются определенным законам сохранения.

Это — законы сохранения энергии-импульса, момента количества движения, связанные с симметрией пространственно-временного континуума, а также сохранения электрического и других типов зарядов, относящиеся к различным, так называемым внутренним симметриям физических систем.

При этом с каждым типом базового взаимодействия связаны свои законы сохранения, позволяющие различать их в практических экспериментах.Понятие квантового поля возникло в физике как синтез представлений о физических полях типа электромагнитного поля Фарадея — Максвелла и полей вероятностей, описываемых волновыми функциями в квантовой механике.

Физические поля были введены, когда возникла необходимость отказаться от принципа мгновенного действия сил, существовавшего в механике Ньютона.

Предполагается, что пространство между двумя взаимодействующими частицами (например, двумя электрическими зарядами) заполнено полем, которое служит переносчиком взаимодействия с одной из частиц на другую, причем перенос этот идет с определенной скоростью.

Так электромагнитное поле передает действие одной заряженной частицы на другую со скоростью света и тем самым служит переносчиком электромагнитного взаимодействия между частицами.

В случае квантовых полей происходит тот же процесс передачи взаимодействия, но и он происходит квантами — порциями, при этом в качестве последних выступают элементарные частицы, имеющие строго фиксированные характеристики массы, спина, заряда и др.

Таким образом, с одной стороны, сами взаимодействующие частицы имеют квантованные характеристики массы, спина, заряда, а с другой стороны, взаимодействие между ними передается квантовым полем специального типа со своими квантованными характеристиками.

Исторически первой физической теорией, созданной на основе этих представлений, стала квантовая электродинамика, построенная в конце 1940-х гг. С. Томонагой, Р. Фейнманом и Дж. Швингером. Она описывает процессы электромагнитного взаимодействия, в которых участвуют элементарные электрически заряженные частицы: электроны (и/или их античастицы — позитроны) и гамма-кванты (частными примерами которых являются видимый свет, радиоволны и гамма-излучение, испускаемое радиоактивными ядрами). Первые из них имеют спин 1/2 и отличную от нуля массу, одинаковую для электронов и позитронов. Вторые характеризуются спином, равным единице и нулевой массой.

Простейшим примером электромагнитных процессов является рассеяние одного электрона (позитрона) на другом, происходящее с обменом гамма-квантом. Очевидно, что он физически эквивалентен процессу обычного кулоновского рассеяния, при этом обменный гамма-квант, не регистрируемый явно на эксперименте, называют виртуальным. Именно с такими квантами связывается кулоновское поле, при этом свойство его дальнодействия (точнее, бесконечного радиуса действия) есть прямое следствие того, что масса гамма-кванта равна нулю. Другим важным примером является процесс рождения электрон-позитронной пары из гамма-кванта в кулоновском поле ядер атомов или обратный этому процесс аннигиляции позитрона с электроном с рождением двух или трех гамма-квантов.

Для описания таких элементарных и более сложных процессов в квантовой электродинамике была разработана специальная техника фейнмановских диаграмм — графических рисунков, на которых свободные частицы описываются линиями, а их взаимодействие — пересечениями линий, узлами.

Устанавливается строгое соответствие между диаграммой (любой степени сложности) и математическим выражением, которое позволяет рассчитать все физические характеристики описываемого этой диаграммой процесса.

При этом элементарный акт электромагнитного взаимодействия, соответствующий рождению электроном (позитроном) реального или виртуального гамма-кванта, связывается с электрическим зарядом электрона е.

При расчете физических характеристик процессов это приводит к появлению в их выражениях базовой константы электромагнитного взаимодействия б («постоянная тонкой структуры»), имеющей величину α = е2/4πђc= 1/137, 0360037(33). Эта универсальная константа фактически определяет силу электромагнитного взаимодействия и является его главной характеристикой.

Построенная позже, в середине 1960-х гг., квантовая теория слабого взаимодействия во многом аналогична квантовой электродинамике.

К слабым процессам в физике относят процессы бета-распада ядер и элементарных частиц (например, нейтрона), в которых происходит рождение электрон-нейтринных (точнее, антинейтринных) или позитрон-нейтринных пар, процессы захвата ядрами электронов или мюонов, а также процессы рассеяния нейтрино на электронах, протонах или ядрах атомов (существуют также аналогичные процессы слабого рассеяния электронов). С точки зрения КТП элементарным актом слабого взаимодействия является процесс рождения нуклоном (протоном или нейтроном) или электроном (мюоном, тау-мезоном) тяжелого заряженного (W+, W-) или нейтрального (Z0) бозона, который затем мгновенно распадается на пару легких частиц, наблюдаемых в этом процессе экспериментально. При этом тяжелый промежуточный бозон служит в слабом процессе таким же передаточным звеном, каким в электромагнитном процессе является виртуальный гамма-квант. Однако, в отличие от последнего, бозоны имеют большую массу, и радиус их взаимодействия оказывается чрезвычайно малым, порядка 10-17 см. Это и есть радиус слабого взаимодействия. Вместе с тем тот факт, что физическая картина электромагнитного и слабого взаимодействий оказывается аналогичной, позволил физикам создать объединенную теорию, в которой оба взаимодействия при высоких энергиях частиц соединяются в единое, электрослабое. Различие между ними возникает при переходе от больших энергий к малым, в области же высоких энергий оно практически исчезает. При этом все четыре бозона (γ−квант, W+, W-, и Z0-бозон), ответственных за процессы переноса обменных полей, становятся членом единого семейства, обладающего определенной внутренней симметрией и соответствующими ей зарядами.

https://www.youtube.com/watch?v=oojHThRzWyE

По этому же принципу построена квантовая теория сильного взаимодействия, лежащая в основе современных представлений о структуре элементарных частиц.

Согласно этой теории, элементарные частицы — мезоны и барионы, наблюдаемые во время эксперимента, — построены из кварков, взаимодействие между которыми происходит путем обмена так называемыми глюонами, имеющими массу 0 и спин 1.

Кварки имеют спин 1/2 и отличную от нуля массу, электрический заряд кварков составляет -1/3 или +2/3 заряда электрона, кроме того они обладают дополнительными зарядами, называемыми «цветом», «изоспином», «странностью» и др., причем обмен глюонами при взаимодействии изменяет их «цветовую» характеристику. Существует 6 типов различных кварков: u, d, s, c, b, t.

Структурно барионы (например, протоны или нейтроны) построены из трех кварков разных цветов, но в целом бесцветны (т. е. имеют нулевой цветовой заряд), а мезоны — из кварков и антикварков и также как целое бесцветны.

В современных теоретических схемах предполагается, что кварки всегда находятся только внутри элементарных частиц — мезонов и барионов — и в свободном виде не существуют.

Исключением является специальное состояние материи при максимально высоких температурах и давлениях, когда барионов и мезонов не существует, а составляющие их кварковые и глюонные поля образуют так называемую кварк-глюонную плазму — особое состояние, которое, согласно современным представлениям, существовало во Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва.

При понижении температуры эта плазма распалась на отдельные элементарные частицы, из которых в дальнейшем были построены ядра, атомы и все другие объекты Вселенной.Квантовая теория сильного взаимодействия на уровне кварков может быть объединена с теорией электрослабого взаимодействия в общую теоретическую схему, называемую Стандартной моделью (Ш. Глэшоу, А.

Салам, С. Вайнберг). В такой модели кварки образуют общее семейство с лептонами, в число которых входят электрон, мюон, тау-мезон и три типа нейтрино (называемых соответственно электронным, мюонным и тауонным), а гамма-квант и три промежуточных бозона, ответственных за слабое взаимодействие, объединяются в общее семейство с глюонами — переносчиками сильного.

Эта модель, основанная на общих постулатах квантовой теории поля, позволила объяснить массу экспериментальных фактов, однако в конце 1990-х и в начале 2000-х гг. были открыты новые явления, не описываемые Стандартной моделью, что указывает на необходимость дальнейшего развития квантово-теоретических представлений. Предполагается, что они будут связаны с открытием новых типов симметрии квантового микромира, например, симметрии между фермионами — частицами спина 1/2, играющими роль базовых, и бозонами — частицами спина 1, исполняющими роль передающих взаимодействия. В этом случае возникают теоретические схемы, называемые суперсимметричными. Однако новых частиц, предсказываемых ими, пока экспериментально не найдено.

Наряду с этим сегодня широко исследуются возможности объединения Стандартной модели с квантовой теорией гравитации, в которой силы тяготения описываются как поля своих «элементарных частиц» — гравитонов.

Пройдя путь от квантовой электродинамики до Стандартной модели элементарных частиц, квантовая теория поля доказала, что она является одним из важнейших инструментов познания мира, соединяющим физические модели с высшими областями математики. Сегодня она применяется не только в физике микромира — она используется во многих областях теоретической физики: теории твердого тела, физике полимеров, теории турбулентности, теории критических явлений, статистической физике и других.

Источник: https://megabook.ru/article/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F

Квантовая запутанность простыми словами. Чудеса продолжаются

Квантовая теория передачи взаимодействий

Если вас еще не поразили чудеса квантовой физики, то после этой статьи ваше мышление уж точно перевернется. Сегодня я расскажу, что такое квантовая запутанность, но простыми словами, чтобы любой человек понял, что это такое. 
 

Запутанность как магическая связь

После того, как были открыты необычные эффекты, происходящие в микромире, ученые пришли к интересному теоретическому предположению. Оно именно следовало из основ квантовой теории.

В прошлой статье я рассказывал о том, что электрон ведет себя очень странно.

Но  запутанность квантовых, элементарных частиц вообще противоречит какому-либо здравому смыслу, выходит за рамки любого понимания.

Если они взаимодействовали друг с другом, то после разъединения между ними остается магическая связь, даже если их разнести на любое, сколь угодно большое  расстояние.

Магическая в том смысле, что информация между ними передается мгновенно.

Как известно из квантовой механики частица до измерения находится в суперпозиции, то есть имеет сразу несколько параметров, размыта в пространстве, не имеет точное значение спина.

Если над одной  из пары ранее взаимодействующих частиц произвести измерение, то есть произвести коллапс волновой функции, то вторая сразу, мгновенно отреагирует на это измерение.

И не важно, какое расстояние между ними. Фантастика, не правда ли.

Как известно из теории относительности  Эйнштейна ничто не может превышать скорость света. Чтобы информация дошла от одной частицы до второй, нужно по крайне мере затратить время прохождения света. Но одна частица именно мгновенно реагирует на измерение второй. Информация при скорости света дошла бы до нее уже позже. Все это не укладывается в здравый смысл.

Если разделить пару  элементарных частичек с нулевым общим параметром спина, то одна  должна иметь отрицательный спин, а вторая положительный. Но до измерения  значение спина находится в суперпозиции.

Как только мы измерили спин у первой частички, увидели, что он имеет положительное значение, так сразу вторая приобретает отрицательный спин.

Если же наоборот первая частичка приобретает отрицательное значение спина, то вторая мгновенно положительное значение.

Или такая аналогия.

У нас имеется два шара. Один черный, другой белый. Мы их накрыли непрозрачными стаканами, не видим, где какой. Мешаем как в игре наперстки.

Если открыли один стакан и увидели, что там белый шар, значит во втором стакане черный. Но сначала мы не знаем, где какой.

Так и с элементарными частичками. Но они до того, как на них посмотреть, находятся в суперпозиции. До измерения шары как бы бесцветны. Но разрушив  суперпозицию одного шара и увидев, что он белый, то второй сразу становится черным.

И это происходит мгновенно, будь хоть один шар на земле, а второй в другой галактике. Чтобы свет дошел от одного шара до другого в нашем случае, допустим нужно сотни лет, а второй шар узнает, что произвели измерение над вторым, повторяю, мгновенно.

Между ними запутанность.

Понятно, что Эйнштейн, да и многие другие физики не принимали такой исход событий, то есть квантовую запутанность. Он считал выводы квантовой физики неверными, неполными, предполагал, что не хватает каких-то скрытых переменных.

Вышеописанный парадокс Эйнштейна наоборот придумал, чтобы показать, что выводы квантовой механики не верны, потому что запутанность противоречит здравому смыслу.

Этот парадокс назвали парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена, сокращённо ЭПР-парадокс.

Но проведенные эксперименты с запутанностью уже позже    А. Аспектом и другими учеными, показали, что Эйнштейн был не прав. Квантовая запутанность существует.

И это уже были не теоретические предположения, вытекающие из уравнений, а реальные факты множества  экспериментов по квантовой запутанности. Ученые это увидели вживую, а Эйнштейн умер, так и не узнав правду.

Частицы действительно взаимодействуют мгновенно, ограничения по скорости света им не помеха. Мир оказался куда интереснее и сложнее.

При квантовой запутанности происходит, повторю, мгновенная передача информации, образуется магическая связь.

Но как такое может быть?

Сегодняшняя квантовая физика отвечает на этот вопрос изящным образом. Между частицами происходит мгновенная связь не из-за того, что информация передается очень быстро, а потому что на более глубоком уровне они просто не разделены, а все еще находятся вместе. Они находятся в так называемой квантовой запутанности.

То есть  состояние запутанности это такое состояние системы, где по каким-то параметрам или значениям,  она не может быть разделена на отдельные, полностью самостоятельные  части.

Например, электроны после взаимодействия могут быть разделены на большое расстояние в пространстве, но их спины находятся все еще вместе. Поэтому во время экспериментов спины мгновенно согласуются между собой.   

Понимаете, к чему это ведет?

Сегодняшние познания современной квантовой физики на основе теории декогеренции сводятся к одному.

Существует более глубокая, непроявленная реальность. А то, что мы наблюдаем как привычный классический мир лишь малая часть, частный случай более фундаментальной квантовой реальности.

В ней нет пространства, времени, каких-то параметров частиц, а лишь информация о них, потенциальная возможность их проявления.

Именно этот факт изящно и просто объясняет, почему возникает коллапс волновой функции, рассмотренный в предыдущей статье, квантовую запутанность и другие чудеса микромира.

Сегодня, говоря о квантовой запутанности, вспоминают  потусторонний мир.

То есть на более фундаментальном уровне элементарная частица непроявленная. Она находится одновременно в нескольких точках пространства, имеет несколько значений спинов.

Затем по каким-то параметрам она может проявиться в нашем классическом мире в ходе  измерения. В рассмотренном выше эксперименте две частицы уже имеют конкретное значение координат  пространства, но спины их находятся все еще  в квантовой реальности, непроявленные. Там нет пространства и времени, поэтому спины частиц сцеплены вместе, несмотря на огромное расстояние между ними.

А когда мы смотрим, какой спин у частицы, то есть производим измерение, мы как бы вытаскиваем спин из квантовой реальности в наш обычный мир. А нам кажется, что частицы обмениваются информацией мгновенно. Просто они были все еще вместе по одному параметру, хоть и находились далеко друг от друга. Их раздельность на самом деле есть иллюзия.

Все это кажется странным, непривычным, но этот факт уже подтверждается многими экспериментами. На основе магической запутанности создаются квантовые компьютеры.

Реальность оказалась намного сложнее и интереснее.

Принцип квантовой запутанности не стыкуется с обычным нашим взглядом на мир.

Вот как объясняет квантовую запутанность физик-ученый Д.Бом.

Допустим, мы наблюдаем за рыбой в аквариуме. Но в силу каких-то ограничений, мы можем смотреть не на аквариум, как он есть, а лишь на его проекции, снимаемые двумя камерами спереди и сбоку. То есть мы наблюдаем за рыбой, смотря на два телевизора.

Нам кажутся рыбы разными, так как мы снимаем ее одной камерой в анфас, другой в профиль. Но чудесным образом их движения четко согласуются. Как только рыба с первого экрана поворачивается, вторая мгновенно делает также поворот.

Мы удивляемся, не догадываясь, что это одна и та же рыба.

Так и в квантовом эксперименте с двумя частицами.

Из-за своих ограничений нам кажется, что спины двух, ранее взаимодействующих частиц, не зависимы друг от друга, ведь теперь частицы находятся далеко друг от друга.

Но на самом деле они все еще вместе, но находятся в квантовой реальности, в нелокальном источнике. Мы просто смотрим не на реальность, как она есть на самом деле, а с искажением, в рамках классической физики.

Квантовая телепортация простыми словами

Когда ученые узнали о квантовой запутанности и мгновенной передаче информации, многие задались вопросом: можно  ли осуществить телепортацию?

Это оказалось действительно возможным.

Уже проведено множество экспериментов по телепортации.

Суть метода легко можно понять, если вы поняли общий принцип запутанности.

Имеется частица, например электрон А и две пары запутанных электронов В и С.  Электрон А и пара В, С находятся в разных точках пространства, неважно как далеко. А теперь переведем в квантовую запутанность частички А и В, то есть объединим их. Теперь С становится точно такой же как А, потому что общее их состояние  не меняется. То есть частица А как бы телепортируется в частицу С.

Сегодня проведены уже более сложные опыты по телепортации.

Конечно, все опыты пока проводятся только с элементарными частицами. Но согласитесь, это уже невероятно.

Ведь все мы состоим из тех же частиц,  ученые говорят, что телепортация макрообъектов теоретически ничем не отличается. Нужно лишь решить множество технических моментов, а это лишь вопрос времени.

Может быть, человечество дойдет в своем развитии до   способности телепортировать большие объекты, да и самого человека. 
 

Квантовая реальность

Квантовая запутанность есть целостность, неразрывность, единение на более глубоком уровне.

Если по каким-то параметрам частицы находятся в квантовой запутанности, то по этим параметрам их просто нельзя разделить на отдельные части. Они взаимозависимы. Такие свойства просто фантастические с точки зрения привычного мира, запредельные, можно сказать потусторонние и трансцендентные. Но это факт, от которого уже никуда не деться. Пора это уже признать.

Но к чему все это ведет?

Оказывается, о таком положении вещей давно говорили многие духовные учения  человечества.

Видимый нами мир, состоящий из материальных объектов это не основа реальности, а лишь малая ее часть и не самая главная. Существует трансцендентная реальность, которая  задает, определяет все, что происходит с нашим миром, а значит и с нами.

Именно там кроются настоящие ответы на извечные вопросы о смысле жизни, настоящего развития человека, обретения счастья и здоровья.

И это не пустые слова.

Все это приводит к переосмыслению жизненных ценностей, пониманию того, что кроме бессмысленной гонкой за материальными благами есть что-то более важное и высокое. И эта реальность не где-то там, она окружает нас повсюду, она пронизывает нас, она как говорится «на кончиках наших пальцев».

Но давайте об этом поговорим в следующих статьях.

А сейчас посмотрите видео о квантовой запутанности.  

От квантовой запутанности мы плавно переходим к теории декогеренции. Об этом в следующей статье.

 

С уважением, Сергей Тигров

Источник: https://zslife.ru/tainstwennoe-i-neizwedannoe/kvantovaya-zaputannost-prostymi-slovami.html

Квантовая теория передачи взаимодействий

Квантовая теория передачи взаимодействий

Определение 1

Квантовая теория поля (полей) — это область современной физики, которая описывает основные процессы и свойства взаимодействия элементарных частиц, из которых построены все физические объекты мира.

Главные положения этой теории сформулированы в середине двадцатого века. Здесь произошло объединение ряда релятивистских представлений, которые были развиты А. Эйнштейном в квантовых идеях и теории относительности, а также появившихся в физике с рождением теории атома, созданной в 1920-х гг. рядом исследователей:

  • В. Гейзенбергом;
  • Н. Бором;
  • П. Дираком;
  • Э. Шредингером.

Квантовая теория поля заложила представление о существовании элементарных свойств, частиц описывающихся в теории относительности. Они происходят в физических процессах, в микромире, уничтожаются и рождаются как единое целое. Учитывая все величины физических характеристик, они строго квантованы, фиксированы.

Взаимодействие между частицами

Нестабильность ряда элементарных частиц есть проявлением их общего свойства взаимопревращаемости и, при этом является следствием общего взаимодействия их фундаментальных составляющих. В наши годы известны 4 базовых типа взаимодействия:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • электромагнитное;
  • сильное;
  • слабое;
  • гравитационное.

Они различаются по силе взаимодействия.

Квантовые поля

Термин квантового поля сформировался в физике как синтез представлений о физических полях наподобие полей вероятностей и электромагнитного поля Фарадея — Максвелла, описываемых в квантовой механике волновыми функциями. Стоит отметить, что физические поля были введены, когда появилась необходимость полностью отказаться от принципа мгновенного действия сил, который существовал в механике Ньютона.

Было введено, что пространство между взаимодействующими частицами (например, двумя электрическими зарядами) полностью заполнено полем.

Оно является переносчиком взаимодействия частиц (с одной на другую), при этом перенос происходит с определенной скоростью.

При передаче электромагнитного поля все действия отправляются одной заряженной частице на другую двигаясь со скоростью света и служит переносчиком для электромагнитного взаимодействия находящегося между частицами.

Учитывая квантовые поля, происходит процесс передачи взаимодействия, он поступает квантами — порциями, где в качестве последних выступают уже элементарные частицы. Они имеют фиксированные характеристики массы, заряда, спина и др.

Подобным образом, с одной стороны, взаимодействующие частицы имеют общие квантованные характеристики массы, заряда, спина, а с иной стороны, передается взаимодействие между ними квантовым полем определенного типа с квантованными характеристиками.

Квантовая теория слабого взаимодействия

В середине 1960-х гг. квантовая теория для слабого взаимодействия аналогична квантовой электродинамике.

В физике относят к слабым процессам бета-распад элементарных частиц (например, нейтрона) и ядер, где происходит рождение позитрон-нейтринных или электрон-нейтринных (анти нейтринных) пар, процессы захвата ядрами мюонов или электронов, и процессы рассеяния нейтрино, находящихся на протонах, электронах или в ядрах атомов (существуют подобные процессы слабого рассеяния электронов).

Учитывая КТП, элементарным актом слабого взаимодействия, стал процесс рождения нуклоном (нейтроном или протоном), а также электроном (тау-мезоном, мюоном) тяжелого нейтрального ($Z0$), заряженного ($W+$, $W-$) и бозона, который мгновенно распадается на пару частиц.

Тяжелый промежуточный бозон служит подобным же передаточным звеном, каким является в электромагнитном процессе виртуального гамма-кванта. В отличие от последнего, бозоны также имеют огромную массу, и радиус взаимодействия, который оказывается довольно малым, около 10-17 сантиметров. Это есть радиус слабого взаимодействия.

При этом тот факт, что физическая картина слабого и электромагнитного взаимодействий оказывается аналогичной, помог физикам создать общую теорию, где два взаимодействия объединяются в единое электрослабое, при довольно высоких энергиях частиц.

Возникает различие между ними во время перехода от больших энергий к малым, в сфере же высоких энергий оно фактически исчезает.

Теория сильного взаимодействия

По подобному же принципу была построена квантовая теория для сильного взаимодействия, которая лежит в основе современных представлений касательно структуры элементарных частиц. Учитывая эту теорию, элементарные частицы — барионы и мезоны, наблюдаются во время эксперимента, — они были построены из кварков.

Происходит взаимодействие между ними путем обмена глюонами, которые имеют массу 0 и спин 1.

При этом кварки имеют спин $\frac {1}{2}$ и даже отличную от нуля массу, они составляет электрический заряд кварков $+\frac {2}{3}$ или $-\frac {1}{3}$ заряда электрона, при этом они обладают уже дополнительными зарядами, которые называются «изоспаном», «цветом», «странностью» и др. Обмен глюонами при общем действии также изменяет их «цветовую» характеристику. Есть шесть типов различных кварков: $u$, $d$, $s$, $c$, $b$, $t$.

Стоит выделить, что структурно барионы (например, нейтроны или протоны) построены из 3 кварков разных цветов, но в целом бесцветны (т. е.

они имеют нулевой цветовой заряд), а мезоны — из антикварков и кварков и также как целое полностью бесцветны.

В теоретических схемах предполагается, что кварки находятся лишь внутри элементарных частиц — барионов и мезонов, и не существуют в свободном виде.

Замечание 1

Исключением является определенное состояние материи при высоких давлениях и температурах, когда мезонов и барионов не существует, а составляющие их глюонные и кварковые поля образуют кварк-глюонную плазму — особенное состояние, которое, существовало во Вселенной в первые минуты после Большого Взрыва. В дальнейшем плазма распалась на элементарные частицы, из которых были построены атомы, ядра и все иные объекты Вселенной. Их огромное количество, поэтому ученым всего мира еще предстоит изучить данные явления.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kvantovaya_teoriya/kvantovaya_teoriya_peredachi_vzaimodeystviy/

Booksm
Добавить комментарий