Pagājušajā mēnesī miljardieris Jurijs Milners un astrofiziķis Stefans Hokings paziņoja par “Breakthrough Starshot”: neticami ambiciozu plānu nosūtīt pirmos cilvēku veidotos kosmosa kuģus uz citu zvaigžņu sistēmu mūsu galaktikā. Milzīgs lāzeru bloks varētu palaist mikroshēmas lieluma aparātu uz citu zvaigzni ar 20% gaismas ātrumu. Bet nav skaidrs, kā šī mazā ierīce spētu ar mums sazināties caur plašo starpzvaigžņu telpu. Kā būtu ar kvantu sapīšanos? Vai to var piemērot šādam savienojumam?
Šī ideja noteikti ir pelnījusi uzmanību.
Iedomājieties divas monētas, no kurām katra var nākt klajā ar galvu vai asti. Jums ir viena monēta, man ir otra, un mēs esam ārkārtīgi tālu viens no otra. Mēs mētājam savas monētas gaisā, noķerām tās un iepļaukājām uz galda. Pirms skatāmies gabalu, kas ir piezemējies, mēs sagaidām, ka 50/50 varbūtība nāks klajā astes, un, protams, arī galvas. Parastā, nesavienotā Visumā jūsu rezultāti un mans būs neatkarīgi viens no otra. Ja jums rodas astes, manai monētai ir 50% iespēja nokrist galvas vai astes. Bet noteiktos apstākļos šie rezultāti var būt mulsinoši: ja jūs vadāt šo eksperimentu un iegūstat astes, jūs zināt, ka manai monētai ir 100% izredzes parādīt galvas, pirms es jums to pat saku. Jūs par to uzzināsit uzreiz, pat ja mūs šķir gaismas gadi un nav pagājusi neviena sekunde.
Kvantu fizikā mēs parasti sapinam nevis monētas, bet gan atsevišķas daļiņas, piemēram, elektronus un fotonus, kur, piemēram, katram fotonam var būt grieziens +1 vai -1. Ja izmērīsit viena fotona griešanos, jūs uzreiz atpazīsit cita fotogrfiju, pat ja tas atrodas puse no Visuma attālumā no mums. Kamēr neizmērīsit viena fotona griešanos, tie abi ir nenoteiktā stāvoklī; bet, tiklīdz kāds ir izmērīts, jūs par to uzreiz zināt. Uz Zemes mēs veica šādu eksperimentu, atdalot divus sapinušos fotonus ar daudziem kilometriem un izmērot to griešanos nanosekundē. Izrādījās, ka, izmērot viena griezienu un izrādās, ka tas ir +1, mēs uzzinām, ka otra -1 griešanās ir 10 000 reizes ātrāka nekā gaismas ātrums varētu ļaut.
Un šeit ir jautājums: vai mēs varētu izmantot šo īpašību - kvantu sapīšanos - saziņai ar tālu zvaigžņu sistēmu? Atbilde: jā, ja mēs uzskatām mērījumu veikšanu attālā vietā kā saziņas veidu. Bet, sakot savienojumu, jūs parasti vēlaties uzzināt kaut ko par vietu, ar kuru jūs savienojaties. Piemēram, jūs varat nenoteiktā stāvoklī turēt sapinušos daļiņu, nosūtīt to uz kosmosa kuģa uz tuvējo zvaigzni un likt tai meklēt klinšu planētu pazīmes šīs zvaigznes apdzīvojamā zonā. Ieraugot vienu, viņš veic mērījumu, kas noved pie tā, ka jūsu daļiņa būs stāvoklī +1, un, ja nē, tad mērījums parādīs, ka jūsu daļiņa ir stāvoklī -1.
Reklāmas video:
Tātad, jūs domājat, ka, mērot, daļiņai uz Zemes jābūt -1 stāvoklī, kas norāda, ka kosmosa kuģis ir atradis planētu apdzīvojamā zonā vai stāvoklī +1, kas norādīs, ka ierīcei ir planēta nav atrasts. Ja jūs zināt, ka ir veikts mērījums, varat pats veikt mērījumu un uzreiz uzzināt par citas daļiņas stāvokli, pat ja tas ir daudz gaismas gadu attālumā.
Viļņu shēma elektroniem, kas šķērso dubultā spraugu. Ja izmērīsit, kura sprauga šķērso elektronu, jūs iznīcināsit kvantu traucējumu modeli.
Plāns ir labs. Bet pastāv problēma: sapīšanās darbojas tikai tad, ja jautājat daļiņai: kādā stāvoklī jūs atrodaties? Ja noteiktā stāvoklī ievietojat sapinušos daļiņu, jūs sabojājat sapīšanos, un mērījumi uz Zemes būs pilnīgi neatkarīgi no tālas zvaigznes mērījumiem. Ja jūs vienkārši izmērījāt tālu daļiņu (un uzzinājāt: +1 vai -1), tad arī jūsu mērījums uz Zemes būs attiecīgi -1 vai +1 un sniegs jums informāciju par daļiņu, kas atrodas gaismas gadu attālumā no jums. Ja jūs iegremdējat daļiņu +1 vai -1 stāvoklī, tad neatkarīgi no rezultāta jūsu daļiņai uz Zemes būs 50% varbūtība +1 vai -1 un tā neko daudz neteiks par daļiņu daudzus gaismas gadus.
Šī ir viena no visvairāk pārprastajām lietām kvantu fizikā: sapīšanos var izmantot, lai iegūtu informāciju par sistēmas sastāvdaļu, kad jūs zināt pilnu tās stāvokli un izmērītu citu (-as) sastāvdaļu (-as), bet nevis lai izveidotu un pārsūtītu informāciju no vienas sapinušās sistēmas daļas uz otru. … Tāpēc nav iespējas saziņai ātrāk par gaismu.
Kvantu sapīšanās ir pārsteidzošs īpašums, ko mēs varam izmantot daudzām lietām, piemēram, perfektai informācijas šifrēšanas sistēmai. Bet komunikācija ir ātrāka par gaismu? Lai saprastu, kāpēc tas nav iespējams, mums ir jāsaprot kvantu fizikas galvenā īpašība: tas, ka piespiedu kārtā iepludinot vismaz daļu no iespīlētās sistēmas vienā stāvoklī, neļauj iegūt informāciju par šo ienirt, izmērot pārējo sistēmu. Kā savulaik norādīja Nīls Bohrs, "ja kvantu mehānika jūs vēl nav dziļi šokējusi, jūs to vēl neesat sapratis."
Visums ar mums visu laiku spēlē kauliņus, daudz līdz Einšteina nepatikšanām. Pat mūsu labākos mēģinājumus krāpties šajā spēlē izceļ daba.