Secrets de la mécanique quantique - Qu'est-ce que l'intrication quantique?

Il y a environ 100 ans, les scientifiques ont d'abord penséla nature de certaines des propriétés inhabituelles de la lumière. Par exemple, la lumière émise par les gaz lorsqu'ils sont chauffés dans un tube à essai. Si vous regardez cette lumière à travers un prisme, vous remarquerez quelque chose d'inhabituel. Pas un spectre, dans lequel les couleurs se passent harmonieusement les unes dans les autres, reflétées dans un verre de cristal, mais des lignes distinctes dont les couleurs ne se mélangent pas, comme dans un arc-en-ciel. Nous parlons de rayons de lumière verticaux, semblables à des crayons - chacun dans sa propre couleur. Cependant, les scientifiques ne pouvaient pas expliquer une propriété aussi étrange de la lumière. La recherche de réponses s'est poursuivie sans succès jusqu'à ce que le physicien Niels Bohr, au début du XXe siècle, émette l'hypothèse la plus incroyable et la plus fantastique. Bohr était convaincu que l'indice des lignes distinctes se trouve au cœur même de la matière - la structure de l'atome.

Si vous chauffez un gaz dans un tube à essai et que vous regardez la lumière qui en provient à travers un prisme, vous verrez des lignes verticales qui ne se croisent pas.

Hypothèse fantastique

Selon le scientifique, les atomes ressemblent à de minusculesmodèles du système solaire, puisque les électrons tournent autour du noyau, comme des planètes. Mais les électrons, contrairement aux planètes, se déplacent sur une orbite définie et pas sur une autre. Bohr a fait valoir que quand un atome se réchauffe, les électrons se déplacent et sautent d'une orbite à une autre. De plus, chaque saut s'accompagne de la libération d'énergie sous forme de lumière d'une certaine longueur d'onde. C'est de là que viennent ces étranges lignes verticales et le concept de «saut quantique».

Dans un documentaire du National Geographic surthéorie quantique, le physicien Brian Greene parle des propriétés étonnantes du saut quantique, qui consiste en ce qu'un électron passe immédiatement d'une orbite à une autre, comme s'il ne traversait pas l'espace qui les sépare. Comme si la Terre en un instant changeait d'orbite avec Mars ou Jupiter. Bohr croyait que en raison des propriétés étranges des électrons dans un atome, ils émettent de l'énergie en parties définies et indivisibles, appelées quanta. C'est pourquoi les électrons peuvent se déplacer strictementle long de certaines orbites et peut être à un point ou à un autre, mais pas au milieu. Dans la vie de tous les jours, on ne rencontre rien de tel.

Si une balle de baseball était à deux endroitsen même temps, nous pourrions croire que nous sommes trompés par un sorcier. Mais en mécanique quantique, avoir une particule à deux endroits en même temps est exactement ce qui nous fait penser que l'expérience est vraie.

Lorsque les atomes sont chauffés, les électrons commencent à sauter d'une orbite à une autre.

Aussi incroyable que puisse paraître l'hypothèse de Bohr, les physiciens ont rapidement trouvé une grande quantité de preuves en faveur de sa théorie - les électrons se comportent vraiment selon des lois complètement différentes de celles des planètes du système solaire ou des balles de ping-pong. La découverte par Bohr et ses collègues, cependant, contredit les lois bien connues de la physique et conduit bientôt à une collision avec les idées exprimées par Albert Einstein.

Enchevêtrement quantique

Einstein ne pouvait pas accepter l'incertitudeUn univers issu de la mécanique quantique. Le physicien pensait qu'un objet existe non seulement lorsqu'il est observé (comme Niels Bohr l'a soutenu), mais tout le reste du temps. Le scientifique a écrit: "Je veux croire que la lune brille même quand je ne la regarde pas." L'idée même que la réalité de l'univers est déterminée lorsque l'on ouvre et ferme les yeux lui semble inconcevable. Selon Einstein, la théorie quantique manquait de quelque chose qui décrirait toutes les propriétés des particules, y compris leur emplacement, même lorsqu'elles ne sont pas observées. Et en 1935, il sembla à Einstein qu'il avait trouvé un point faible dans la mécanique quantique. C'était un phénomène incroyablement étrange, contrairement à toutes les idées logiques sur l'univers - l'intrication quantique.

Enchevêtrement quantique Est une hypothèse théorique découlant deéquations de mécanique quantique, selon lesquelles deux particules peuvent s'emmêler si elles sont suffisamment proches l'une de l'autre Dans ce cas, leurs propriétés deviennent interdépendantes.

Mais même si vous séparez ces particules et envoyezles différentes extrémités du monde, comme le suggère la mécanique quantique, peuvent encore rester enchevêtrées et inextricablement liées. Pour Einstein, une telle connexion entre particules semblait impossible, il l'appelait ainsi - «communication surnaturelle à distance». Le scientifique a admis que des particules enchevêtrées pouvaient exister, mais croyait qu'il n'y avait pas de "connexion surnaturelle à distance". Au contraire, tout est prédéterminé bien avant le moment de la mesure.

Disons que quelqu'un a pris une paire de gants, les a séparéset mettez chacun dans une valise séparée. Ensuite, une valise vous a été envoyée, et la seconde en Antarctique. Jusqu'au moment où les valises sont fermées, vous ne savez pas lequel des gants est là. Mais lorsque nous ouvrons la valise et trouvons le gant gauche dedans, nous savons avec 100% de certitude que le gant droit est dans la valise en Antarctique, même si personne ne l'a regardé.

Niels Bohr, à son tour, s'est appuyé suréquations prouvant que les particules se comportent comme deux roues qui peuvent instantanément lier les résultats aléatoires de leur rotation, même lorsqu'elles sont à une grande distance l'une de l'autre. Alors qui a raison?

Déterminez si entre enchevêtréparticules il y a une "connexion surnaturelle" comme entre les roues en rotation, ou il n'y a pas de connexion et les propriétés des particules sont prédéterminées, comme dans le cas d'une paire de gants, le physicien John Bell a réussi. Bell a montré par des calculs mathématiques sophistiqués que s'il n'y a pas de connexion surnaturelle, alors la mécanique quantique est fausse. Cependant, le physicien théoricien a également prouvé que la question pouvait être résolue en construisant une machine qui créerait et comparerait de nombreuses paires de particules intriquées.

Sur la base des instructions de Bell, le physicien,Le mécanicien quantique John Clauser a construit une machine capable de faire ce travail. La machine de Klauser pouvait mesurer des milliers de paires de particules intriquées et les comparer de tant de façons. Les résultats obtenus ont conduit le scientifique à penser qu'il avait commis une erreur. Bientôt, le physicien français Alain Aspe est entré au cœur du conflit Einstein-Bohr.

Alain Aspe est un physicien français spécialisé dans l'optique quantique, la théorie des paramètres cachés et l'intrication quantique.

Dans l'expérience d'Aspe, la mesure d'une particule pourrait directementn'affectent l'autre que si le signal de la première particule à la seconde se propage à une vitesse dépassant la vitesse de la lumière. Ce qui, comme nous le savons, est impossible. Ainsi, il n'y avait qu'une seule explication - une connexion surnaturelle. De plus, les expériences menées ont prouvé que la base mathématique de la mécanique quantique est correcte.

L'enchevêtrement d'états quantiques est une réalité.

Il s'avère que les particules quantiques peuvent être liéesmalgré les distances énormes, et la mesure d'une particule peut vraiment affecter sa paire distante, comme si l'espace entre elles n'avait jamais existé. Mais personne ne peut répondre à la question de savoir comment fonctionne cette connexion aujourd'hui.

L'intrication quantique des particules n'exclut pas non plusle fait que la téléportation deviendra un jour une réalité. Ainsi, les scientifiques téléportent déjà des centaines de particules aujourd'hui, comme ma collègue Daria Eletskaya l'a décrit plus en détail. Pensez-vous que les scientifiques seront capables de créer une théorie unifiée de la gravité quantique? Nous attendrons la réponse dans les commentaires de cet article, ainsi que dans notre chat Telegram.