Ейнштейн помилявся. Фізики наблизилися до розгадки найважливішої таємниці Всесвіту

22 серпня 2018, 20:02

Спостерігаючи за випромінюванням квазарів, випущеним мільярди років тому, астрофізики підтвердили існування квантової заплутаності. А значить, Всесвітом керують зовсім не ті сили, про які говорить класична фізика.

Квантова заплутаність - передбачена фізиками-теоретиками здатність двох частинок зберігати зв'язок між собою, навіть перебуваючи на великій відстані. Наприклад, в різних частинах Всесвіту.

Відео дня

І якщо стан однієї частинки зміниться під впливом якихось обставин, то таким же чином зміниться і стан іншої частинки.

Феномен квантової заплутаності - одна з головних загадок сучасної фізики. Це - один з тих моментів, які не дозволяють узгодити класичну фізику з новою квантовою фізикою.

Адже, якщо припустити, що квантова заплутаність існує насправді, це означає, що дві частинки можуть обмінюватися між собою інформацією зі швидкістю вище, ніж швидкість світла.

Це неможливо в рамках сучасної фізики, згідно з якою швидкість світла - це максимально можлива швидкість у Всесвіті.

Таким чином, питання стоїть руба - або квантової заплутаності не існує, або Ейнштейн помилявся і швидкість світла - не межа.

Нове дослідження групи астрофізиків з Массачусетського технологічного інституту зрушує чашу терезів на бік другого твердження.

Стародавній світ

Дослідження, результати якого були опубліковані в авторитетному виданні Physical Review Letters, побудоване на спостереженні за найяскравішими об'єктами у Всесвіті - квазарами.

Квазари є активними ядрами галактик на початковому етапі розвитку. Теоретично, в середині таких ядер знаходяться надмасивні чорні діри, які поглинають матерію, формуючи так званий аккреційний диск, що складається з газу. Він формує потужне випромінювання. У деяких випадках набагато могутніше, ніж сумарна потужність всіх зірок цілої галактики.

У багатьох випадках спостереження за квазарами по суті являє собою вивчення світла, випущеного мільярди років тому. Саме тут астрофізики вирішили шукати доказ того, що квантова заплутаність дійсно існує.

Альберт Ейнштейн передбачав, що якщо квантова заплутаність існує, то вона порушує його теорію про швидкість світла

Першим кроком в цьому напрямі став минулорічний експеримент зі світлом зірки, якому треба було 600 років для того, щоб долетіти до Землі. Взаємодію частинок цього світлового потоку між собою вже було б досить складно пояснити в рамках класичної фізики.

У тій роботі фізики міркували про єдину "лазівку", яка залишається у класичної теорії. Йдеться про фактор "свободи вибору". Так називають гіпотетичну можливість впливу факторів класичної фізики на спостерігача і спостереження за взаємопов'язаними частинками.

Для проведення експерименту необхідно вибрати, яка саме властивість частинок буде виміряна. Згідно з деякими теоріями, які намагаються спростовувати квантову заплутаність, хоча експериментатор на перший погляд вільний налаштовувати детектори будь-яким способом, якась подія з минулого може вплинути на вибір цих налаштувань і тим самим зіпсувати чистоту експерименту, зумовивши результати.

Використовуючи світло 600-річної давності як "регулювальника" налаштувань для детекторів частинок, фізики збільшили "чистоту" експерименту.

Адже якщо припустити, що на вибір налаштувань детектора впливала якась сила, то довелося б припустити, що вона повинна була почати діяти за 600 років до експерименту.

Нинішнє дослідженні носить ще епічніший масштаб.

Для експерименту були обрані два квазари, світло одного з яких летіло до Землі цілих 7,8 млрд років, а другого ще більше - 12,2 млрд років.

Дослідники використовували світло цих квазарів, щоб визначити кут нахилу поляризатора, який вимірює орієнтацію фотонів в електричному полі. Пари "заплутаних" фотонів генерувалися в лабораторії, яка розміщувалася між двома детекторами.

Як детектори використовувалися 4-метрові телескопи на Канарських островах, які вимірювали довжину хвилі фотонів у світлі квазарів, які виступали як "камертон" для налаштування експерименту.

Кванти світла у випромінюванні двох різних квазарів, зрозуміло, відрізняються довжиною хвилі. І передбачити, яким буде наступний квант, було неможливо.

Саме цей фактор мав вирішальне значення.

За точку відліку взяли довжину хвилі, яка точно не могла повторитися в цьому експерименті. Якщо світло квазара мало зміщення в червоний бік спектра, поляризатор міняв положення для вимірювання вхідного фотона. Якщо світло мало зміщення в блакитний бік спектра, то поляризатор проводив вимірювання під іншим кутом.

Під час цього процесу була знайдена кореляція у більш ніж 30 тис пар фотонів. Якщо у цих кореляцій є якесь пояснення в рамках класичної фізики, то це означає, що щось повинно було статися мільярди років тому - до того, як квазари випустили світло.

"Якщо існує якась "змова" з метою симулювати квантову механіку за допомогою механізмів, які вписуються в рамки класичної фізики, то ці механізми повинні були бути запущені мільярди років тому", - констатує Алан Гут, фізик з Массачусетського технологічного інституту, один з авторів дослідження.

Причому, за його словами, той, хто запустив ці механізми, повинен був знати, де, коли і хто буде проводити саме цей експеримент з виміру фотонів. Тобто експеримент фізиків з Массачусетса хтось передбачав ще 7,8 млрд років тому, іронізує Гут.

Самій Землі лише 4,5 млрд років, тому не варто сподіватися і на фактор "свободи вибору". Адже не те, що Массачуссетського технологічного інституту, а й самої Землі ще не було в момент, коли квазари випромінювали світло, що містить "заплутані фотони", - підкреслює ще один з авторів дослідження Девід Кайзер.

"Отже, у нас є дуже сильний доказ того, що квантова механіка в дійсності працює", - підбиває підсумок Гут.

У знайденого феномена не може бути пояснень в рамках класичної фізики, таким чином квантова заплутаність дійсно існує, підсумовують автори дослідження.

Що це означає?

Альберт Ейнштейн разом зі знаменитими фізиками Борисом Подольським і Натаном Розеном вважав, що якщо квантова заплутаність, та сама "моторошна дія на відстані" і справді існує, то пояснити її можна тільки одним з двох варіантів.

Або швидкість світла - не межа. Або в частинках зберігається якась прихована інформація, що диктує їх поведінку. Інформація, до якої у сучасної науки немає доступу.

Однак, за десятиліття досліджень вчені дійшли висновку, що неможливо пояснити заздалегідь записаною інформацією поведінку частинок, яка часом провокується квантовими експериментами.

Нове дослідження фізиків з Массачусетського технологічного інституту доводить, що квантова заплутаність існує насправді. І її не можна пояснити в рамках традиційної фізики.

З цього випливають багато далекосяжних висновків. Наприклад, про перспективність квантових комп'ютерів, які, як підкреслює Кайзер, побудовані на припущенні про те, що квантова заплутаність існує.

Так само як і про те, що швидкість світла пора перестати сприймати як непохитну константу.

Або про те, що "моторошна дія", як її описував Ейнштейн, є нормою в квантовому світі, констатує оглядач Gizmodo Райан Мандельбаум.

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X