Звезда стар 600 година подупире Еинстеинову 'Сабласну акцију на даљину'

Метеор Персеида трепери ноћним небом изнад дворца Цорфе 12. августа 2016. у дворцу Цорфе, Уједињено Краљевство.

Метеор Персеида трепери ноћним небом изнад дворца Цорфе 12. августа 2016. у дворцу Цорфе, Уједињено Краљевство. (Кредит за слику: Дан Китвоод/Гетти Имагес)





Група научника је користила светлост звезда да би тестирала особину квантне механике која је Алберта Ајнштајна згрозила.

Преплетање је оно што је Ајнштајн назвао „сабласном акцијом на даљину“. То је феномен којим једна честица може ефикасно 'знати' нешто о другој честици тренутно, чак и ако су те две честице раздвојене великом удаљеношћу. Чини се да се противи идеји да ништа, па ни информације, не могу путовати брже од брзине светлости.

Научници који проучавају овај феномен желе да буду сигурни да ништа у њиховом експерименталном окружењу на неки начин не ствара илузију испреплетености, можда путем неког физичког механизма или феномена за који научници још не знају. У покушају да затвори могућу рупу у експериментима преплитања, група истраживача је користила светлост звезда као део свог експеримента. Истраживачи кажу да резултати њиховог рада пружају додатну подршку овом „језивом“ феномену. [Квантно преплитање: Љубав на субатомској скали]



Универзално ограничење брзине

Ако би људи открили интелигентну врсту која живи на планети удаљеној 10 светлосних година, било би потребно 10 година да им се пошаље порука која каже 'здраво', и још 10 година да се њихов одговор врати на Земљу. Ако бисмо открили цивилизацију на још удаљенијој планети, могло би проћи много људских живота само да започне разговор.

То је закон, према Ајнштајну: ништа не може путовати брже од брзине светлости, па комуникације које се одвијају на великим космичким удаљеностима долазе са инхерентним кашњењем.

Па ипак, постоји карактеристика квантне механике која изгледа крши тај принцип. Квантна механика је област физике која се бави субатомским честицама. У овом озбиљно малом подручју, ствари се понашају на начин који може изгледати потпуно контрадикторан ономе што доживљавамо у макроскопском свету. Један квантни феномен који се зове испреплетеност постулира да парови испреплетених честица могу ефикасно тренутно размењивати информације. У теорији, ове честице би могле одмах да комуницирају на огромним космичким удаљеностима.



Ова идеја је уздрмала Ајнштајна; он никада није у потпуности прихватио . Чак и данас научници раде на томе да се увере да је овај чудан феномен стваран.

Преплетање

Једна од познатијих басни у квантној механици говори о сиромаштву Сцхродингерова мачка , који је заглавио у неизвесном стању: мачка није била ни жива ни мртва све док неко није отворио кутију да то сазна. Неизвесност је још једна од заиста језивих карактеристика квантне механике. У стварном свету, нешто може бити живо или мртво; у квантном свету постоји трећа опција у којој стање објекта још није утврђено. Да би се разбила несигурност, неко мора да је измери (отвори кутију) и натера предмет (мачку) у једно стање (живо/мртво).

Заплетене честице такође постоје, у почетку, у неизвесном стању. Честице не могу бити живе или мртве, па уместо тога размишљајте главом и репом. Ако баците новчић 100 пута, велика је вероватноћа да ће му главе доћи 50 пута, а репови близу 50 пута. Ако затим пребацим свој новчић 100 пута, велика је вероватноћа да ће и подела бити близу 50/50. Али ако су наши новчићи заплетени, онда исход вашег превртања одређује исход мог окретања - можда је наше заплетање такво да сваки пут кад окренете главу ја окренем репове. Ако преврнемо кованице довољно пута, наша заплетеност ће почети да постаје очигледна, јер мој исход превртања више није случајан, већ је одређен вашим превртањем, а шансе да преврнем репове сваки пут када окренете главу падају и спуштају више окрећемо.



То је врста начина на који научници могу да мере заплетеност. Уместо да окрећу пар новчића изнова и изнова, истраживачи мере својства у многим, многим паровима испреплетених честица (заплетеност се може мерити само у пару честица једном). Али научници морају бити сигурни да оно што виде није само случајна прилика.

Изјава са Технолошког института у Массацхусеттсу (МИТ) поставља питање: 'Шта ако постоје неки други фактори или скривене варијабле у корелацији са експерименталним поставкама, па се чини да су резултати квантно замршени, а заправо су резултат неких неквантни механизам? '

Другим речима, како научници могу бити сигурни да не постоји неки невиђени фактор који утиче на њихове експерименте и чини да изгледа као да су испитиване честице заплетене, а заправо нису?

Физичар по имену Јохн Белл показао је да ако постоји преплитање, онда мора постојати минимални степен корелације између испреплетених честица када их научници мере; ово је познато као Беллова неједнакост или Беллова теорема.

У неким експерименти уплетања , детектор мери својство светлосних честица које се назива поларитет; детектор мора бити оријентисан у једном од два смера, а кроз њега могу проћи само фотони поларизовани у истом смеру (једна од две могућности). Како би били сигурни да на детектор на неки начин не утиче једна од оних мистериозних сила које би могле покварити експеримент, истраживачи ће користити генераторе случајних бројева да одреде правац детектора.

Тај случајни избор се прави „у делићу секунде између тренутка када фотон напусти извор и стигне до детектора“, наводи се у саопштењу МИТ -а. 'Али постоји шанса, колико год била мала, да скривене варијабле или неквантни утицаји могу утицати на генератор случајних бројева пре него што своју одлуку у делићу секунде пренесе на детектор фотона', наводи се у саопштењу.

Ова „рупа“ у експерименту који тестира Беллову неједнакост позната је као „рупа у слободи избора“. 2014. године окупило се неколико научника и дошао на нову идеју како да избегнете те могуће утицаје, користећи светлост звезда као ствар која насумично одређује смер детектора. Сада су ти истраживачи ставили своју идеју на кушњу. [ Како функционише квантно преплитање (инфографика) ]

'У средишту квантног преплитања је висок степен корелација у исходима мерења на овим паровима [честица]', рекао је Давид Каисер, професор физике на МИТ-у и коаутор студије. „Али шта ако скептик или критичар инсистира да ове корелације нису последица ових честица које делују на потпуно квантно -механички начин? Желимо се позабавити постоји ли неки други начин на који би се те корелације могле увући, а да ми то нисмо примијетили. '

Мерење светлости звезда

Сваки фотон светлости звезда који допре до телескопа има одређену таласну дужину . У новој студији, која је спроведена у Бечу, Аустрија, истраживачи су поставили неколико телескопа и почели да прикупљају фотоне (телескопи и детектори су постављени на кровове универзитета, као и на кров Аустријске народне банке). Изабрали су референтну таласну дужину, а сваки фотон који удари у телескоп имао би или већу или краћу таласну дужину од те референтне тачке. Фотон са већом таласном дужином прешао је детектор у једну оријентацију, а краћа таласна у другу оријентацију.

'Са сјајним звездама попут ових, број улазећих фотона може бити попут ватреног оружја', рекао је у саопштењу Андрев Фриедман, истраживач сарадник МИТ-а и коаутор нове студије. 'Дакле, имамо ове врло брзе детекторе који могу регистровати детекције космичких фотона на субнаносекундним временским оквирима.'

Истраживачи су овом методом измерили око 100.000 парова заплетених фотона, а њихови резултати сугеришу да су честице заиста заплетене.

Најудаљеније звезде коришћене у експерименту удаљене су око 600 светлосних година, што значи да фотони су емитовани пре 600 година . Да су ти фотони некако повезани са стањем испреплетених фотона, та веза би морала бити успостављена пре 600 година, наводи се у саопштењу.

'Овај експеримент помера најновије време када је завера могла да почне', рекао је у саопштењу Алан Гутх, професор физике на МИТ-у и други коаутор нове студије. „Кажемо, да би неки луди механизам симулирао квантну механику у нашем експерименту, тај механизам је морао бити на месту пре 600 година да бисмо планирали да данас изведемо експеримент овде, и да је послао фотоне управо тачних поруке које ће на крају репродуковати резултате квантне механике. Дакле, то је врло намерно. '

Студија не уклања у потпуности могућност да нека мистериозна сила делује на експеримент, али свакако поставља строжа ограничења како и када би се тако нешто могло догодити.

'Некретнине које су преостале скептицима квантне механике знатно су се смањиле', рекао је Каисер. 'Нисмо га се решили, али смо га смањили за 16 редова величине.'

Пратите Цалла Цофиелд @цаллацофиелд . Пратите нас @Спацедотцом , Фејсбук и Гоогле+ . Оригинални чланак о Спаце.цом .