Квантовая запутанность: моё, простое объяснение

Квантовая механика полна загадок, и одной из самых известных является квантовая запутанность. Этот феномен заставляет физиков и любителей науки задаваться вопросом: как может одно мгновенное изменение в состоянии частицы тут же отразиться на другой, находящейся на огромном расстоянии?

В этом можно разобраться, взглянув на пример фотона и его «переживания» пространства.

Квантовая запутанность — это особенное состояние двух частиц, при котором их свойства настолько взаимосвязаны, что изменение состояния одной частицы тут же отражается на другой, вне зависимости от того, насколько далеко они находятся друг от друга.

Этот феномен был продемонстрирован в экспериментах, и даже сам Альберт Эйнштейн называл его «жутким дальнодействием». Однако, что именно заставляет запутанные частицы вести себя таким образом, остаётся загадкой.

Для того чтобы понять квантовую запутанность, давайте сначала рассмотрим фотон — элементарную частицу света.

В теории относительности, если мы посмотрим на мир глазами фотона, движущегося со скоростью света, то он не ощущает ни времени, ни расстояния. Для фотона пространство сворачивается в точку, и каждое его «путешествие» происходит мгновенно. Это звучит странно, но для света время и пространство — не те величины, к которым привыкли мы.

Это наводит на мысль, что пространство велико только для нас, что оно существует только для нас. Для фотона — нет. Если он вышел из точки "А", то в "Б" прилетит мгновенно.

С квантами та же история. Какая разница как далеко в нашем пространстве мы их разносим? В своём они будут рядом.В их собственном «пространстве» они остаются в одном месте.

Из-за этого изменение состояния одной частицы мгновенно отражается на другой. В обычном пространстве это выглядело бы как мгновенная передача информации, но для запутанных частиц никакого «путешествия» не происходит: они всегда «вместе», они всегда едины.

Нелокальность — одно из ключевых понятий квантовой механики. Она говорит о том, что некоторые процессы и взаимодействия могут происходить мгновенно, вне зависимости от пространства, в котором находятся частицы. Если предположить, что для запутанных частиц понятие расстояния не имеет значения, как для фотона, становится легче представить, почему они так тесно связаны.

Запутанные частицы могут быть разделены на миллиарды километров, но по сути они "находятся в одном месте" в своём пространстве. Недавние эксперименты с квантовыми телепортациями подтверждают это, показывая, что информация передаётся мгновенно, нарушая классические представления о расстоянии и времени.

Но нарушения эти происходят только в нашем пространстве, в нашей реальности.

Идея о том, что для запутанных частиц расстояние, как и нашего пространства не существует, схожа с концепцией квантовой нелокальности, которая является общепринятой в квантовой механике. Учёные, такие как Джон Белл, через его знаменитую теорему Белла, показали, что при запутанности информация передаётся мгновенно, что опровергает классическую идею локальности.

Современные теории струн предлагают, что наше трёхмерное пространство — это лишь часть более сложного многомерного пространства. Запутанные частицы могут существовать в других измерениях, где понятие "расстояния" может быть совершенно другим. Это может объяснять, почему запутанные частицы "не видят" разделение в пространстве и мгновенно взаимодействуют друг с другом.

Некоторые теории в квантовой механике предполагают, что время может быть симметрично. Это означает, что законы природы не делают различий между прошлым и будущим, и в некотором смысле все события происходят «одновременно» на фундаментальном уровне.

Для запутанных частиц это может означать, что они всегда связаны через своё "время-пространство", вне зависимости от того, как далеко их разнесли в нашем мире.

Такое объяснение квантовой запутанности даёт нам возможность взглянуть на фундаментальные свойства пространства и времени с другой стороны. Мы привыкли считать, что все объекты должны существовать в рамках нашего пространства и времени, но квантовая механика демонстрирует, что это не всегда так. В микромире расстояние может быть иллюзией, а связь между объектами — мгновенной.

Квантовая запутанность остаётся загадкой, но аналогия с фотоном может дать нам новое представление о том, как частицы могут взаимодействовать на расстоянии. Для них пространство и время могут быть не тем, чем мы привыкли их считать, а «путешествие» из одного места в другое может происходить мгновенно — просто потому, что никакого разделения нет.

Квантовый мир — это мир без привычных границ, без привязок и его исследования продолжают раздвигать рамки нашего понимания реальности.