Запутанные частицы и скорость света

Несмотря на ночной час, улицы заполнены шумной толпой, а под окном грохочет (типа) музыка. Народ Свободной республики Outremeuse отмечает великий праздник 15 августа. :) Несмотря на постоянное бумкание и крики, попробую сосредоточиться и написать кое-какие комментарии по поводу вчерашней статьи в Nature, наделавшей много шороху в Рунете. Я технические подробности опущу, хотя они тоже интересны, а просто поясню, что на самом деле сделано и чего не сделано в этой работе.

Сначала одним абзацем, в самых простых словах.

В квантовой механике есть непривычные явления, про это слышали наверно все. Почти никто из физиков не верит, что эти квантовые явления можно свести к каким-то наивным механистическим взаимодействиям. Но если всё же на минуту предположить, что такое механистическое взаимодействие существует, то у него обязательно будут очень корявые свойства, например, сверхсветовая передача "сигналов". Вообще-то, это очевидно и так, по построению. Новый эксперимент это подтвердил лишний раз. Всё, больше ничего в нем получено не было.

Теперь подробнее. Букв будет много, но они, я надеюсь, будут понятные.

1.
Сначала -- вводная.

В привычном нам мире составной предмет всегда можно разделить на отдельные части: вот одна часть, вот другая, а вот -- взаимодействие между ними. В микромире (который описывается квантовой механикой) это можно сделать не всегда. В нем возможны такие состояния нескольких частиц, которые невозможно разделить на отдельные частицы с определенными свойствами. Как именно это описывается -- не так важно, главное, такое в нашем мире происходит. Такие состояния называются "запутанными состояниями".

Кстати, знаменитый принцип тождественности частиц, на котором по сути "работают" лазеры, бозе-конденсаты, электронные оболочки атомов, нейтронные звезды и т.д. -- тоже опирается на возможность таких состояний.

Так вот, эти запутанные состояния обладают особыми, квантово-механическими корреляциями между частями. Корреляции -- это когда свойства одной части влияют на свойства другой части. Это не значит, что эти части реально, физически взаимодействуют. Нет. Сам факт существования многочастичного состояния, не расщепляемого на отдельные частицы, уже приводит к таким квантовым корреляциям.

При этом сами части (а точнее, то что мы воспринимаем как отдельные части этой системы) могут находиться сколько угодно далеко друг от друга в нашем обычном пространстве, но тем не менее между ними существует корреляция, условно говоря, в реальном времени. Эти корреляции можно измерить, что уже давно было проделано во многих экспериментах.

2.
Доказано, что такие -- казалось бы, мгновенные -- корреляции не приводят ни к каким нарушениям теории относительности. С их помощью нельзя передать быстрее скорости света ни материю, ни информацию. (Поэтому утверждение некоторых СМИ, что в этой работы была достигнута передача информации быстрее скорости света, просто неверна.) Но всё равно, многим людям от такой ситуации некомфортно, и они пытаются найти способы объяснить такие корреляции более интуитивно понятным способом.

Один из них -- предположить, что есть некий тип сил, который чувствуют исключительно запутанные состояния частиц. Что это могут быть за силы, совершенно непонятно, никаких экспериментальных свидетельств в их пользу не существует -- но как говорится, мало ли!

Главная задача этих сил -- дать возможность запутанным частицам обмениваться "информацией". В кавычках -- потому что это некая своя "внутренняя" информация, которая доступна только этим частицам. Нам она недоступна, использовать ее для передачи сигналов мы не можем. Тогда в рамках этой гипотезы нет никаких загадочных корреляций -- есть просто быстрый переброс "информации" от одной частицы к другой.

Из самой постановки задачи вытекает, что этот переброс "информации" обязать быть сверхсветовым. Но сверхсветовой -- может быть как бесконечно быстрый, так и с конечной (правда, большой) скоростью. В любом случае можно попытаться получить в эксперименте ограничение снизу на скорость такого мифического взаимодействия (при условии, конечно, что оно существует, во что практически никто не верит).

3.
Такие эксперименты проводились и раньше. В них были получены некие ограничения снизу на эту скорость. Новый эксперимент отличается только одним новшеством -- его авторы научились избегать предположений о том, в какой системе отсчета это взаимодействие распространяется с этой скоростью. Они в некотором смысле сразу "прощупали" почти все системы отсчета, и ни в одной из них не обнаружили конечность скорости распространения. Это -- единственная новизна эксперимента.

Всё, на этом работа заканчивается, и все дальнейшие рассуждения остаются на совести их авторов :)

4.
Читатель может всё-таки поинтересоваться -- если физики не верят в такое "механистически-тупое" происхождение квантовых корреляций, то как же они их объясняют?

Увы, они пока не имеют какого-то интуитивно понятного объяснения. Возможно, потому что мы пока не нашли его, но скорее всего -- потому что его просто нет. Ведь наивно думать, что наши органы чувств (а значит, и выработанные на основе них интуитивные ощущения) дают самое объективное отражение реальности. Вполне могут существовать пласты реальности, которые мы не можем себе вообразить из-за ограниченности нашего воображения. Мы просто мы "не научены" их представлять. И ничего страшного или загадочного в этом нет. Просто надо принять это и научиться работать с вещами, которые не можешь вообразить себе.

В случае с запутанными частицами, надо просто принять, что квантовые частицы "живут" не в привычном нам трехмерным пространстве, а в своем, более сложном конфигурационном пространстве. А мы видим как бы проекцию этого пространства и удивляемся, какое оно необычное.

Update: написал на "Элементах" новость, в которой чуть больше подробностей про сам эксперимент.