Техника - молодёжи 1969-09, страница 10

ВОЛНА НА ВЕСЬ МИР. Когда квантовая механика установила, что твердая корпускула классической физики иногда ведет себя как пакет волн, она автоматически вынуждена была признать таинственный факт: любая свободная частица, не привязанная силовыми нитями к другим материальным объектам, размазывается по пространству и заполняет весь мир, словно ликоковский Одинокий Всадник, который, вскочив на коня, поскакал сразу во все стороны. Она находится всюду, но конкретно нигде. Попробуйте ответить, где находится волна на поверхности водоема. Ведь рябь от брошенного камня распространяется по всему ^ПРУДУ* правда, с конечной скоростью. А квантовомеханиче-ский волновой пакет ведет себя совсем чудно — на воле он мгновенно расплывается до бесконечности и мгновенно же стягивается в одну точку, когда брошенная частица сталкивается с преградой.

Такое странное поведение материи не только предсказывается теоретически, но давно обнаружено экспериментально. Например, поодиночке выпускали неделимые кванты на экран с несколькими дырками, и оказалось, каждая микрочастица разбегается по вселенскому полю возможных траекторий, проходя сразу через все отверстия. Во всяком случае, так свидетельствуют приборы, размещенные за экраном. Создается впечатление, что каждый волновой пакет при своем движении обозревает и оценивает экспериментальную ситуацию поверх пространства, мгновенно получая информацию даже о самых далеких, но допустимых путях.

Вот почему уже несколько десятилетий физики с изумлением смотрят на «божественную», по выражению Эрвина Шредин гера, квантовую механику, словно на непослушного джинна, выпущенного ими из бутылки. «Это же не лезет ни в какие ворота, — говорят они, — ведь в квантовомеханическом

мире вроде бы летит ко всем чертям эйнштейновский запрет на сверхсветовые скорости».

Сам создатель теории относительности критиковал квантовую механику именно за эту «телепатию», предположим, рассуждал он, у нас есть волновой пакет из двух свободных микрочастиц, разлетающихся после столкновения. Их для наглядности представим в виде двух синусоид. Одна из синусоид натыкается на прибор, измеряющий амплитуду или фазу волны. И начинаются чудеса: теряет свою свободу и мгновенно «твердеет» не только первая частица, но и вторая, нетронутая, даже если они успели разлететься на расстояние, исчисляемое световыми годами.

Возникает знаменитый парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена, выдвинутый в 1935 году. Зафиксировав прибором фазу одной синусоиды, мы совершенно однозначно фиксируем и состояние другой — отлетевшей — микрочастицы.

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена обычно иллюстрируется поставленным в 1949 году опытом By — той самой, которая через несколько лет прославилась экспериментальным подтверждением несохранения четности. Два фотона (гамма-кванта) при аннигиляции электрона с позитроном разлетались в противоположные стороны. Как только измерительный прибор-модулятор определял вектор поляризации одного фотона, сразу же «твердел» вектор и у другого Квантового брата. Стоило повернуть плоскость поляризации одного фотона, как немедленно, синхронно поворачивалась и плоскость другого. Опыт, по-видимому, доказал, что, воздействуя на одну волну-частицу, мы можем мгновенно передавать сигналы другой, не обмениваясь при этом энергией.

Такие явления, «быстрые как мысль», физики называют дальнодействующими.

ПОВЕРХ ВРЕМЕНИ И ПРОСТРАНСТВА

УСТРАНИМО ЛИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ ИЗ ФИЗИКИ?

Классическая физика была убеждена, что мир — это гигантские часы. Однажды заведенные, они идут без остановки и исправно отмеряют Время. Все шестеренки мирового механизма сцеплены друг с другом, все движения совершаются синхронно. Заест один зубчик, и машина мгновенно остановится. Сплошная предустановленная гармония, каждое событие определяется всеми предшествующими и влияет на все будущие. Координированность, которая немыслима без дальнодействия!

Наиболее четко идею такого дальнодействия выразил великий Лаплас в своем трактате «Аналитическая теория вероятностей» (1780 г.): «Разумное существо, которое в каждый данный момент знало бы все движущие силы природы и имело бы полную картину состояния, в котором природа находится, могло бы — если бы только его ум был способен достаточно проанализировать эти данные — охватить одним уравнением как движение самых больших тел мира, так и

В. СКУРЯАТОВ, физик

Рис. Ю. Филатова

ОПЫТ С ДВУМЯ ДЫРКАМИ. Одна неделимая микрочастица, вылетев из источника, расплывается в бесконечный волновой пакет, который стягивается в точку при столкновении, например, со счетчиком. Если между источником и счетчиком стоит экран с дырками, то волна-частица распространяется как бы поверх пространства по всем возможным путям, проходя через оба «глаза» сразу. Расщепленные синусоиды волнового пакета складываются друг с другом в акте измерения, и распределение частиц на счетчике свидетельствует об интерференции каждой индивидуальной микрочастицы с самой собой.

ОПЫТ ВУ (вариант). При аннигиляции атома парапозит-рония (электрон + позитрон) образуются два гамма-кванта, разлетающиеся в противоположные стороны с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации. Оба счетчика, правый и левый, должны при взаимно перпендикулярном расположении аппаратуры дать одинаковые показания. Поворачивая левую ячейку Фарадея, мы тем самым вращаем поляризационную фазу левого фотона. Правый фотон мгновенно почувствует изменение, случившееся с его близнецом, и соответственно подстроит свои стрелки. Оба счетчика изменят свои показания. Расстояние между счетчиками не играет роли. Опыт можно значительно упростить, используя лазер, который испускает тождественные фотоны в противоположных направлениях.

ОПЫТ ПФЛИГОРА И МАНДЕЛА. Несколько лет назад было продемонстрировано, что два фотонных пучка от двух одинаковых лазеров могут складываться друг с другом. В то же время из квантовой механики известно, что волновой пакет всегда интерферирует только с самим собой. Оказывается, две тождественные квантовомеханические системы — один и тот же объект, независимо от расстояния между ними. Через две лазерные «дырки» проходит один и тот же фотон, испущенный миром в целом. Этот парадоксальный факт был проверен год назад в нашумевшем эксперименте американских физиков. Фотоны выстреливались из лазеров поодиночке, промежуток времени между моментами испускания двух соседних фотонов

примерно в пятьдесят раз превышал время полета фотона через аппаратуру* Детектор состоял из стопки тонких стеклянных пластинок-световодов, обращенных кромками к падающей волне. Толщина каждого торца подбиралась равной половине ожидаемой ширины интерференционной полосы. Каждый индивидуальный фотон, испущенный вроде бы одним из лазеров, тем не менее «видел» поверх пространства и времени и другой возможный путь, проходящий через второй лазер. Волновой пакет расщеплялся на две компоненты, обе синусоиды интерферировали на детекторе, в итоге на четные пластинки приходились, скажем, светлые зоны, а на нечетные попадали только единичные фотоны. Опыт Пфлигора и Мандела подтвердил также «абсорбционную» теорию излучения — фотон ведет себя так, словно знает будущее и предчувствует присутствие другого фотона, еще не испущенного вторым лазе-

^Р°АППАРАТ ДЛЯ МГНОВЕННОЙ ТРАНСКОСМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ. Одинаковые лазеры, по-видимому, должны «чувствовать» аруг друга не только в процессе облучения общего экрана, но на любом расстоянии. Немного изменим опыт Пфлигора и Мандела, разнесем лазеры по соседним комнатам или соседним галактикам. Каким-нибудь образом будем поворачивать вектор поляризации фотонов одного лазера. Фотоны другого лазера будут мгновенно «видеть» происходящее, как в опыте Пфлигора и Мандела, и соответственно подводить свои «стрелки», как в опыте By. Энергия не переносится, но изменения фазы легко зафиксировать и тем самым извлечь передаваемую информацию. Таким образом, за счет фазовых кдантовомеханических модуляций в принципе можно мгновенно передавать с одного конца мира на другой и морзянку, и телевизионные изображения, и вообще что угодно, даже самих себя. Теперь не трудно соорудить аппаратик для переговоров с далекими внеземными (и земными тоже) цивилизациями. Надо лишь позаботиться о разнообразии волновых функций фотонов, чтобы космос не оказался со всех сторон забитым «шумами».

5