С. Трейман - Этот странный квантовый мир (1129358), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Это достаточно знакомо по повседневной жизни. Что действительно вызывает суеверие, так это то, что для внешнего наблюдателя мы находимся в суперпозиции до тех пор, пока не сделано наблюдение. Задержанный выбор Рассмотрим установку на рис. 7.! а. Луч монохроматического света, созданного на источнике Я, попадает в полупосеребренное зеркало !разделитель луча) в А. Часть луча отражается в обыкновенном зеркале в В; другая часть, скажем, равной интенсивности, передается на обыкновенное зеркало в С. Фотонные детекторы обозначены на рисунке Рт н Р».
Луч отражается от В в направлении детектора Ргй а от С вЂ” в направлении детектора Ры Если интенсивность источника достаточно мала, то детекторы будут создавать отдельные щелчки, каждый щелчок соответствует получению фотона. Некоторые из них зарегистрируются Рю другие — Ры Если все будет так, как мы настроили, то отношение этих щелчков будет 50: 50. Для образования класса событий можно сказать, что фотон проходит путь А  — Рэ в одном классе, и А — » С вЂ” Рг в другом. Эта картина очень напоминает движение частиц, Отдельные щелчки на детекторах говорят нам о том, что свет состоит из фотонов и что каждый из них проходит тот или иной путь.
Рассмотрим теперь рис. 7.! Ь. Он похож на рис. 7.1а, за тем исключением, что на пути луча помещено полупосеребренное зеркало Р. При этом только один из детекторов, Рг, начинает регистрацию фотонов; Рз их не чувствует! Нечто подобное мы уже видели на эксперименте с двумя щелями. То, что мы наблюдаем с наполовину посеребренным зеркалом, вставленным в Р, — это волновая сторона квантовой механики. Для каждого из двух путей на рис. 7.1а существует амплитуда вероятности. Если полупосеребренное зеркало в точке А срабатывает, то вероятности относятся как 50: 50.
На рис. 7.1 Ь, полупосеребренное в точке Р приводит к сдвигу относительной фазы двух амплитуд, так что они гасят друг друга в детекторе Р, !так мы их настроили) и усиливают в Ры Изменение в классе обсуждаемых экспериментов связано с «задержанным выбором>. Вставляя 1полупосеребренное) зеркало в точку Р, мы слышим, что Рг время от времени издает щелчки, в то время как Рз молчит. После этого, по внезапному желанию, удалим зеркало Р. Теперь щелчки детектора Рэ будут раздаваться вперемешку со щелчками Ры Но здесь возникает квантовомеханическнй сюрприз. Может произойти так, что Р» (а не Рг), сразу после того, как убрали зеркало, будет издавать щелчки, Если зеркало убрали быстро, то фо- 153 Что происходит? 0в Рис.
7 1 а Установка, соответствуюшая разделу «задержанный выбор», которая показывает частицеподобные аспекты явления. Рис. 7.1Ь. Альтернативная установка для «задержанного выбора». тоны, которые должны быть задетектированы, но пока движутся, могут считать, что епте находятся в установке 7.! Ь. В этих обстоятельствах мы 154 Глава 7 можем ожидать, что фотоны, уже участвующие в эксперименте, волноподобны и чувствуют оба пути.
Но фактически сначала детектирование начнется только на Тая. Кажется, что фотоны начинают предпочитать один путь другому. Как выразился Джон Уилер, намереваясь удалить полупосеребренное зеркало, мы решили, что фотон будет делать после того, как он это уже сделал. Эксперименты такого типа действительно проводились, хотя то, что описано выше, является чисто условным. Полупосеребренное зеркало фактически нельзя вставить и удалить по желанию. Скорее, должно быть устройство, которое либо действует, либо нет. Включение и выключение производится не по чьему-то персональному желанию, а генератором случайных чисел.
Если все сделано правильно, квантовая механика торжествует. При этом мы снова вспоминаем о том, что свойства, проявляемые квантово-механической системой, зависят от используемой экспериментальной установки. Аргументы ЭПР Эйнштейн никогда не принимал этого. В 1935 г., через много лет после окончания основных споров с Бором, Эйнштейн, Подольский и Розен (ЭПР) опубликовали статью, поднимавшую вопрос о том, может ли квантовомеханическая концепция реальности быть полной. Эта статья произвела в то время эффект разорвавшейся бомбы. Первое предложение заслуживает быть процитированным. «Любое серьезное рассмотрение физической теории должно принимать во внимание разницу между объективной реальностью, которая не зависит от любой теории, и физической концепцией, которой теория оперирует».
Авторы хотели предложить в качестве необходимого требования к теории, чтобы она была полной, следующее: «каждый элемент физической реальности должен иметь двойника в физической теории». Отсюда получается ключевой критерий относительно физической реальности: «Если, не возмущая каким-либо образом систему, мы можем с определенностью (т.е. с вероятностью, равной единице) предсказать значение физической величины, тогда существует элемент физической реальности, соответствующей физической величине» Если вы еще не восприняли идеи квантовой механики, то обнаружите, что эти утверждения звучат очень правдоподобно, Но если утверждения ЭПР вас насторожили, вы можете легко проверить, что они ведут к результатам, противоречащим квантовой механике. Это можно проиллюстрировать на множестве примеров.
ЭПР обсуждает проблемы измерения координат и импульса, но здесь будет чуточку легче рассмотреть спин. Рассмотрим систему частиц со спином 17'2, например, электрон и позитрон. Пусть Я,(е), Яв(е), Я,1е), — электронные спиновые компоненты вдоль осей л, у, з; аналогично, пусть о',1р), Я„(р), Я,(р) соответствуют спиновых компонентам позитрона. Тогда существует спе- 155 Что происходит? циальное состояние двухспиновой системы, называемое спин-синглетным, в котором спиновой угловой момент равен нулю. Это суперпозиция двух состояний, показанная ниже: одному соответствует спин электрона вверх, позитрона вниз; другому — спин электрона вниз, позитрона вверх.
Символически запишем эту суперпозицию как (7.5) где первая стрелка в каждом слагаемом соответствует электрону, вторая позитрону. Предположим, что частицы подготовлены в таком состоянии, а дальше могут разлететься. В определенный момент мы можем измерить компоненты спина электрона вдоль некоторой конкретной оси. В тот же момент (ваши часы синхронизированы) ваш помощник, находящийся вдали, производит измерение компонент спина позитрона вдоль некоторой оси. Если вы обнаружите спин вверх, он должен обнаружить спин вниз; и наоборот. Для этих двух возможностей шансы составляют 50: 50.
Но вверх и вниз относительно какого направления? Ответ в том, что относительно любого направления в пространстве. Если вы и ваш помощник измеряете компоненты спина вдоль оси х, тогда, если вы найдете спин вверх (вниз) вдоль этой оси, ваш помощник обнаружит спин вниз (вверх). Точно так же будет, если вы оба вместо этого измеряете х-компоненту спина, или оба измеряете р-компоненту, или компоненту спина вдоль любого выбранного направления. Как это согласуется с ЭПР? Они хотят сказать, что ваше измерение над электроном не может возмущать эксперимент над удаленным позитроном, который проводит ваш помощник в тот же момент времени (поскольку никакой сигнал — даже со скоростью света — не может достигнуть за это время позитрон и повлиять на ход эксперимента).
Тем не менее ваши исследования приводят к определенным предсказаниям относительно эксперимента вашего помошника. Он будет довольно сильно смущен. Если спин электрона обнаружится вверх (вниз), то у позитрона он обязательно должен быть направлен вниз (вверх). Следовательно, в соответствии с ЭПР, компоненты спина позитрона являются элементом физической реальности: его можно предсказать, вообще не действуя на позитрон. Но это справедливо для всех трех осей.
Тогда, как для электрона, так и для позитрона (вышеприведенные аргументы работают в обоих направлениях: измерение спиновых компонент познтрона дают определенные предсказания для электрона) Я„ Яю Ь; являются элементами физической реальности. Однако мы знаем, что в рамках квантовой механики три компоненты спина не коммутируют между собой. Поэтому не существует таких физических состояний, в которых три компоненты спина или даже две из них определены одновременно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
