Все записи
14:53  /  26.11.15

6697просмотров

Приятная квантовая неожиданность

+T -
Поделиться:

«Альпина нон-фикшн» выпустила книгу Николя Жизана «Квантовая случайность». И книгу, и самого автора можно увидеть в воскресенье 29 ноября на ярмарке Non/fiction в ЦДХ.

Некоторые (включая, признаться, и меня) думали, что теперь, после кончины фонда «Династия», у нас уже больше не будут выходить качественные переводы заграничного научпопа. Оказалось, это верно лишь отчасти: будут, хотя, видимо, гораздо реже. Один такой пример мы, кажется, имеем счастье наблюдать прямо сейчас.

Я имею в виду книжку «Квантовая случайность» Николя Жизана (Nicolas Gisin). Жизан – швейцарский физик, занимающийся квантовыми коммуникациями. Область его профессиональной деятельности весьма прикладная. Возможно, именно поэтому у него и получилось увидеть всю выносящую мозг сложность современной квантовой физики под таким углом, что она, кажется, даже приобрела какой-то смысл для неподготовленного читателя.

Про что эта книжка? Об этом говорится уже на обложке, в подзаголовке «Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса»*. Однако подзаголовок может ввести в заблуждение. Очень многие авторы писали книжки и статьи про «чудеса» разных разделов физики, пытаясь вызвать у читателя нехитрую эмоцию: "Ну ни фига себе, кто бы мог подумать?!» В отличие от них, Жизан старается привести мозг читателя в чуть более продвинутое ментальное состояние: так называемое «понимание». Иногда даже кажется, что это ему удалось (впрочем, попробуйте на себе – может, не на всех действует).

Зачем читать эту книжку? Вот как отвечает автор:

«Чаще всего мне задают именно этот вопрос. Можно подумать, никогда не нужно заниматься чем-то, что нельзя немедленно применить с пользой. Я мог бы ответить: "А зачем ходить в кино?" Правда, за эти исследования, которые я так люблю, я получаю деньги, а когда иду в кино, то деньги берут с меня, поэтому лучше подобрать более корректный пример. Откровенно говоря, лучшим ответом было бы сказать, что это очень увлекательно! Хотя я возглавляю группу специалистов по прикладной физике, я не вскакиваю с постели по утрам в надежде изобрести новый гаджет. Я просто очарован физикой. Понять природу, и в частности понять, как она может создавать нелокальные корреляции, — вполне достаточная мотивация».

Еще пара слов о книжке, прежде чем перейти к самому главному. Когда мы имеем дело с переводной научно-популярной книгой, истина о мире вынуждена пробиваться к читателю через две полосы препятствий: мозг автора и мозг переводчика. Авторы, не понимающие, о чем они пишут, чаще (хоть и не исключительно) встречаются в отечественной популярной литературе; зато переводчики как раз специализируются по надругательству над иноязычными текстами. Переводы научных книжек никогда не бывают без ошибок; но иногда ошибок и отсебятины так много, что решительно невозможно понять, что имел в виду автор, не говоря уже о самой объективной истине. Поверхностное знакомство с книжкой Николя Жизана убедило меня, что это не тот случай: перевод К. Ефимовой под редакцией И. Лисова вроде бы всем хорош. Спасибо им за это. Именно за такие переводы и такую редактуру мы любили печатную продукцию «Династии»; оказывается, рано ставить на всем этом крест. В этом и состоит приятная неожиданность, о которой шла речь в заголовке нашей заметки; а слово "квантовая" там скорее для красного словца.

Наконец, о самом главном. Кому и как говорить спасибо?

Во-первых, автору, Николя Жизану. Сказать ему личное «мерси» можно 29 ноября в 18.00 на книжной ярмарке Non/fiction в ЦДХ – там состоится встреча с автором. Там же вы увидите и саму книжку. Приходите обязательно.

Во-вторых, издательству «Альпина нон-фикшн» выпустившему эту книгу (2016). Выразить благодарность можно, просто купив книгу.

В-третьих – Российскому квантовому центру и, в частности, Сергею Белоусову, которые материально и морально поддержали выпуск этой книжки. Им от вас ничего не нужно, кроме благосклонного внимания к науке, котрой они сами занимаются.   

 

*Примечание: Почему квантовая нелокальность – это важно

Сейчас в нескольких абзацах я постараюсь объяснить, о чем на самом деле эта книжка – для тех, кто не против того, чтобы ему морочили голову. Книжка по стуи посвящена одной-единственной физической проблеме: так называемой «нелокальности». Про нелокальность мы писали, к примеру, здесь. Повторим еще раз кратенько: из квантовой механики следует, что некоторые объекты могут быть связаны между собой таким образом, что реагируют на происходящее друг с другом мгновенно, не взирая на разделяющее из расстояние. Это и называется «нелокальностью». Для физика начала ХХ века это звучало столь нелепо, что Эйнштейн полагал, будто нащупал тут парадокс, опровергающий квантовую механику (его стали называть ЭПР-парадоксом, по имени авторов статьи – Эйнштейн, Подольски, Розен).

Дальше история развивалась головокружительно. Пока философы спорили, так ли уж парадоксален ЭПР-парадокс, физик Дж. Белл придумал (1964) мысленный опыт, позволяющий сделать выбор: действительно ли разные штуки в разных местах связаны незримой зависимостью, или это просто нам так кажется. Спустя некоторое время Ален Аспе (он же Аллан Аспект, как его раньше называли в переводных книжках) осуществил этот опыт в реальности (1982), чем доказал, что нелокальность – никакой не парадокс, а совершенно реальная штука. Мы писали об этом вот тут. Кстати, именно Ален Аспе написал предисловие к книжке Жизана.

Дальше – больше: раз нелокальность действительно существует, можно использовать ее для всяких полезных штук: квантовых компьютеров или криптографии. Для этого, собственно, не обязательно понимать ее сердцем: тысячи физиков во всем мире занимаются прикладными аспектами квантовой механики, при этом понимая ее совершенно по-разному. Один из них как раз Николя Жизан; он даже основал фирму IDQuantique, занимающуюся квантовыми коммуникациями.

Между тем, теоретики не дремали, занимаясь своими малопонятными расчетами. В частности, аргентинский физик Хуан Малдасена, копаясь в своей совсем уж эзотерической теории струн, в какой-то момент заметил смешную штуку. Очень грубо она выглядит так: физические процессы, протекающие в некотором объеме, можно описать с помощью теории относительности, то есть всякой гравитации, черных дыр и тому подобных штук. А еще можно рассмотреть события на поверхности, ограничивающей этот объем, и тогда уже гравитацию не учитывать, а тупо пользоваться квантовой теорией поля. Оказалось, что эти два описания всегда и по определению дают одинаковый результат. Этот фокус (как некоторые и поныне думают, чисто вычислительный) стали называть AdS-CFT соответствием. То есть (уж совсем грубее некуда, не ругайте меня, физики) квантовая механика соответствует гравитации, но только в системе одним измерением меньше. Это еще называют «голографическим принципом», каковое название питает огромное число глупых популярных заметок под названием: «Ученые доказали, что наш мир – голограмма». Мы отдали должное этой теме вот здесь.

В один прекрасный день (2010) этой малопонятной штукой заинтересовался некий физик по имени Ван Рамсдонк из Ванкувера. Взяв длительный отпуск по месту работы, он, вместо того, чтобы греть пузо на Бали, посвятил его размышлениям о голографическом принципе. В частности, его заинтересовало вот что: если кривизна пространства и прочие релятивистские сложности (в объеме) могут быть описаны квантовой физикой (на поверхности) – то чему именно соответствует нелокальность, то есть всякие запутанные частицы? Посчитать это точно оказалось совершенно невозможно, но простые случаи Ван Рамсдонк посмотрел. И с удивлением увидел: если постепенно убирать запутанность (на поверхности), пространство-время внутри начинает распадаться на отдельные невзаимодействующие клочки. Если запутанность убрать вовсе, пространства просто не будет. Это значит, что квантовая нелокальность – просто другое описание самого пространства-времени (хоть и в мире с другим числом измерений).

Теоретики ожесточенно спорят, что именно означают эти прикидки Ван Рамсдонка, однако что-то они точно означают. А стало быть мы с вами, возможно, присутствуем при историческом событии: вот-вот удастся понять, что такое пространство-время. Подробнее об этом самые любознательные могут прочитать в популярном обзоре в Nature.

Итак, если все это правда, то за сто лет «нелокальность» сделала головокружительную карьеру. От мысленного парадокса, ставящего под сомнение правоту квантовой механики – до важнейшего и неотъемлемого элемента природы, без которого само понятие пространства теряет математический смысл. Если теоретики не врут, получается, что осознание этого факта происходит прямо сейчас, при нашей жизни. Теперь вы можете чуть лучше понять фразу из авторского вступления к книжке Жизана: «Если бы вы жили во времена ньютоновской научной революции, хотели бы вы быть в курсе дела? Сегодня квантовая физика дает нам шанс пережить концептуальную революцию сравнимой значимости».

Надеюсь, мне удалось убедить хотя бы некоторых читателей купить и прочесть книгу Николя Жизана "Квантовая случайность». Ради этого все и написано. Получайте интеллектуальное наслаждение, но не обижайтесь, если поймете не все. «Всего», кажется, пока еще никто не понимает... однако процесс пошел, тьфу-тьфу-тьфу, чтобы не сглазить.

P.S. Более внимательное знакомство с книжкой показало, что мои комплименты переводу и редактуре были слегка преувеличены. Нет, в целом ничего страшного нет, но ошибок все же много, и при желании (и при полном отсутствии у читателя базовых знаний) запутаться в них очень даже можно. Смайлик с грустной кривой улыбкой.

Комментировать Всего 48 комментариев

Совсем меня запутали, как частицу. То у вас один Аспект - Аллан, то много прикладных Аспектов.  Разберитесь уже как-нибудь. 

Ты что не понял? Если распутать, не будет пространства-времени. Тебе здесь надоело?

Обратитесь в лигу квантовых реформ, Паниковский. Во времени ему тесно. Возьми на размер(ность) больше. 

Уже брал. Трещит по швам. 

 Это только тебе удается расширяться быстрее вселенной. 

Я тут прикинул. Вселенная сейчас расширяется со скоростью 10^-10 в год (74 км/с на мегапарсек). Для человека с окружностью талии в 100 см это равноценно тому, чтобы толстеть на один диаметр атома в год. Боюсь, что все мы в этом обгоняем Вселенную.

Но Вселенная расширяется везде, а мы только местами!

А некоторые иногда местами даже наоборот - сужаются.

Товарищ Генин, других пространствов-временов у меня для Вас нет!

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин, Алекс Лосетт

Я не виноват, что его так зовут. А представьте, каково китайцам, у которых вообще каждый слог что-то значит сам по себе?

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

Совсем меня запутали, как частицу.

- сделайте рефрейминг: представьте себя волной и получите удовольствие от запутанности.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

Я волна, я волна, теплая волна!..И все ищу и ищу, на кого бы выплеснуться... 

Эту реплику поддерживают: Анна Квиринг

Волна, волна, я частица, запутаемся? Прием. 

Эту реплику поддерживают: Алекс Лосетт

Брысь, охальник! Всегда замечал в тебе какую-то странность. 

И все ищу и ищу, на кого бы выплеснуться...

Вы первым начали.

Всегда замечал в тебе какую-то странность.

Под кварка косит.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

А также любимую цветность и чармность. Мы такие, частицы, не то что вы, всякие там волны Мартено. 

Ты частица той силы, что вечно чего-то хочет - то зла, то добра, то вообще непонятно чего. 

Эту реплику поддерживают: Дмитрий Волченко

тёпленький :)

Не выплёскиваться надо! А сливаться. В экстазе.

Главное - чтобы не мешали волноваться строго в соответствии с собственными волновыми характеристиками. А там разберемся, кто здесь слив, а кто сливки.

Эту реплику поддерживают: Дмитрий Волченко

абсолютное пространство-время?

Алексей, спасибо за эту интереснейшую тему. 

К сказанному Вами я бы добавил, что нелокальность возвращает вопрос об абсолютном пространстве-времени, отчего Эйнштейн и пугался ("пугающее действие на расстоянии"). Мгновенное изменение состояния второй из запутанных частиц при измерении первой является мгновенным только в одной системе отсчета. Какой именно?—вот вопрос. Возможно, одной-единственной для всех таких случаев, абсолютной. 

Если я ничего не путаю, как раз Гизин, он же Жизан, в свой предшествующий прикладной науке период что-то такое с этим мутил, на него еще Вайнберг ссылался вроде бы. Но я тут вопиюще не в теме, то есть вообще на болоте. Может, мне приснилось.

Было бы любопытно прочесть хорошую обзорную статью по вопросу абсолютного пространства-времени, как он видится сегодня, Алексей. Если попадется Вам, дайте знать, пожалуйста.

Ха. Уж я-то дам знать. Попросите лучше кого-нибудь эту статью написать.

Алексей, в рамках своего обещания должен сказать, что главы 9-10 в вышеозначенной книжке довольно близко вьются вокруг этого вопроса. По крайней мере, если бы я взялся размышлять о выделенных системах отсчета, и только после этого прочел эти главы, я бы ощутил разочарование. Хотя, конечно, Жизан пишет чрезвычайно мутно, до бешенства порой доводит своим марсианским способом изложения. 

Эту реплику поддерживают: Алексей Буров

А я вот тут что-то подумал: откуда там появится абсолютное пространство?Два измерения запутанной системы могут быть одновременны или разнесены по времени как угодно далеко, это же ничего не меняет, если результат измерения принципиально случаен.

"Мгновенное изменение состояния второй из запутанных частиц при измерении первой является мгновенным только в одной системе отсчета. Какой именно?—вот вопрос. Возможно, одной-единственной для всех таких случаев, абсолютной. " То есть, если такая система отсчета одна для всех, она и есть абсолютная. Именно поэтому. Случайный результат измерения тут не при чем.

Изменение состояние – это математическая абстракция, пока кто-то не произвел измерение этого состояния. "Изменились вероятности наблюдать то-то и то-то" – когда они изменились? Когда угодно до или в момент измерения, никто этого знать не может. Первое измерение всегда соответствет второму, но не является его причиной, поэтому может быть и до него, и после, и одномоментно. Разве ж нет?

"Разве ж нет?" Нет. Волновая функция онтологична. В этом ее отличие от классических вероятностей, связанных всего лишь с незнанием. Подробнее об этом, напр. у Фейнмана в "Характере физических законов".

Ну значит абсолютное простраство-время тоже существует в онтологическом смысле, но не может быть выявлено в физическом опыте, а стало быть и систему отсчета к нему привязать нельзя. Волки (GR) сыты, овцы (философы) целы. Кстати, функция-то может и онтологична, но вот то, что с ней происходит в момент измерения, квантовая механика явно не описывает, так что может не так уж все и плохо. 

"Ну значит абсолютное простраство-время тоже существует в онтологическом смысле, но не может быть выявлено в физическом опыте"

Ни первое, ни второе не следует из сказанного. Если система отсчета, где происходит схлопывание запутанного состояния в распутанное не одна и та же для всех подобных процессов, то в данном аспекте не было бы никакого основания говорить об абсолютном прострнстве. Возможность кртических экспериментов по этой части проблематична. 

Дорогой Алексей, спасибо, интересно. Про AdS-CFT тоже любопытно, м.б. из этого что то и выйдет, хотя изложили вы суть дела не совсем правильно. 

Суть этого состоит в том, что было замечено, что некоторые (!) квантовые модели можно решить с помощью математического трюка, рассмотрев классическую теорию гравитации с материей в пространстве времени размерности на единицу больше. Так что если убирать квантовую механику в нашем пространстве 3х измерений, то развалится пространство в этой воображаемой классической модели в 4х мерном пространстве.

Тут важны две вещи. Во первых, упомянутое соответствие имеет место не для всех теорий, а для некоторых и неясно, какое отношение эти теории имеют к реальности. Второе, классический мир плюс одного измерения есть пока еще лишь только математический трюк, его онтология под вопросом. 

Поживем увидим, что из всего этого получится.

Эту реплику поддерживают: Алексей Буров

"в пространстве времени размерности больше, чем один" 

"в этой воображаемой классической модели в 4х мерном пространстве"

Тут нет опечаток, Алеша?

«(хоть и в мире с другим числом измерений).»

Так я же вроде так и написал... Чтобы рассыпалось пространство, где мы с вами сейчас переписываемся, запутанность надо вроде бы убрать на удаленной поверхности, нас окружающей, что бы это ни значило :-(. 

А про онтологию этих старших размерностей – там есть ссылка в тексте на нашу заметочку про странных ребят, которые как раз озаботились вопросом, что мы будем наблюдать, если там под всеми нами И ПРАВДА есть четырехмерная черная дыра.

Алексей, попытаюсь объяснить лучше. 

AdS-CFT (если этот подход вообще сработает) связывает НАШ мир, где имеет место быть квантовая механика с ее запутанными состояниями, с воображаемым миром 4х пространственных измерений, для которого наш мир является бесконечно удаленной поверхностью. В этом воображаемом мире квантовых эффектов НЕТ. Так вот, если попытаться убрать квантовые эффекты из нашего мира тот воображаемый рассыпется. Зачем нужен этот воображаемый мир? Для того, чтобы производить вычисления того, что происходит в нашем. 

Да-да, но вот по ссылочке выше речь шла не только о вычислениях. Это курьез, конечно, но ребята имели право поставить вопрос.. 

Кроме того, – насколько я все это понимаю – наш мир (с гравитацией) точно так же связан с квантовым миром (без гравитации) на окружающей его удаленной двумерной поверхности. Именно эта связь (а не четырехмерная квазиреальность, о которой говорите вы) и породила бесчисленные статьи под названием "Мы все живем в голограмме". И вот если на этой удаленной поверхности не будет квантовой нелокальности, тогда уже наша очередь рассыпаться.

"наш мир (с гравитацией) точно так же связан с квантовым миром (без гравитации) на окружающей его удаленной двумерной поверхности."

Это уже неверно.Поскольку наш мир не является чисто классическим.

Ну поскольку вы не знаете, где именно и как именно  квантовость нашего мира портит его "анти-деситтеровость", вы не можете и знать, насколько ошибочно или неточно его голографическое описание, разве нет? Если неквантовое описание больших объектов верно с очень высокой точностью, возможно, и AdS-CFT будет работать с хорошей точностью? 

В самой общей форме идея голографического описания состоит втом, что МОЖЕТ БЫТЬ существует  математическое соответствие между теориями с разной размерностью пространства. 

В настоящее время известно лишь один или два примера теорий, где такое соответствие доказано. Эти теории выглядят так, что непонятно, что реальное они могут описать.

Там, где соотношение доказано, оно связывает квантовую теорию с классической теорией с лишним пространственным измерением. Поэтому оно не может связать наш мир, который квантовый с миром меньшего количества измерений.

Наверное, во всем этом есть глубокий смысл, но вряд ли тот, о котором говорят популяризаторы. Мы видим, что внутри математической физики существуют какие то волшебные соответствия между совершенно разными областями. Это какая то перекличка идей, один и тот же мысленный прием используется в разных областях. Генин однажды показывал, как композиторы включают одну и тут же музыкальную фразу в разные произведения, вот и тут что то подобное.

Эту реплику поддерживают: Михаил Аркадьев, Алексей Алексенко

Ну вот кстати, из вашей области знаний пример: люди рассчитывают процессы в сверхпроводнике (двумерном), приближая его трехмерным объектом, в котором под поверхностью находятся черные дыры особой формы. Дыры, конечно, воображаемые. Но в самом-то сверхпроводнике гравитация есть, просто она не дает никакого вклада в описываемые процессы. И хотя в формальном варианте АдС-КФТ на поверхности гравитации быть не должно, это приближение вроде бы дает прекрасный результат. Значит, можно в принципе и наоборот – подпустить "немножко" квантовости?

В указанном вами случае теория не имеет с экспериментом ничего общего. Впрочем, она и не должна иметь. КФТ расшифровывается как "Конформная Теория Поля", это специальный подкласс моделей, к которым описываемые свехпроводники совсем не принадлежат. 

Кстати, в КФТ состояния обязательно будут очень запутанными, эти теории так построены, так что устранить эту запутанность невозможно. 

Словом, все это интересно, надо разбираться и разобраться будет не так легко. Сейчас полно народу, которые этим занимаются, они хорошо знают математику, но плохо знают физику, пытаются примерить свои результаты к эксперименту, но получается как на корове седло.

Эту реплику поддерживают: Михаил Аркадьев