По пути к портальной пушке. Учёным удалось телепортировать макрообъект
Всем привет, и да в названии поста нет ошибки. Сегодня мы с вами действительно будем говорить о телепортации. Но не о том возможна она или нет, а о том как она реализована сегодня. Потому что телепортировать макрообъекты ученные в нашей вселенной научились ещё в 2006 году, когда впервые был телепортирован газ состоящий более чем из триллиона атомов.
Лично меня это новость взбудоражила до коников мозгов, ведь например айфон был разработан в 2007, а телепортировать макрообъекты смогли годом ранее. Но про айфон знают все, а вот о телепортации совсем немногие. Но мы тут собрались не для того чтобы просто привести этот феномен в качестве факта. А для того чтобы разобраться как именно работает телепортация в нашей версии мультивселенной, а так же что у истоков телепортации стоял физик родившийся в Таганроге.
Для визуалов и аудиалов, есть бережно нарисованный и озвученный мною ролик, ну а для тех кому приятней читать, прошу под кат.
Прежде чем разбираться с тем как работает телепортация, давайте просто представим какие могут существовать способы телепортироваться. Первый, который приходит в голову, это использование кротовых нор, которые не отрицает теория относительности. Именно этот способ мусолят во всех фильмах. Помните, когда какой-нибудь учёный протыкает ручкой листок бумаги и говорит что всё элементарно – это просто кротовая нора.
Способ на самом деле довольно прост для понимания. Согласно общей теории относительности наша вселенная изгибается в четвёртом пространственном измерении и в некоторых местах возможны пограничные зоны, где пространство удалённое друг от друга очень далеко, приближается довольно близко друг к другу сквозь четвёртое измерение. При определённых условиях (например, если тыкнуть туда ручкой), две разные точки трехмерного пространства сольются в одну через дополнительное измерение, образуя туннель. Шагнул в такой и переместился мгновенно на миллиарды световых лет.
Всё бы ничего, но для того чтобы тебя в этом тоннеле не размазало, его стенки требуется укрепить специальной экзотической материей, которая будет держать туннель в стабильном состоянии. А этой самой материи у людей пока нет. Хотя не будем отчаиваться, ведь в 2018 году российские физики под руководством Игоря Ткачёва, смогли разработать теорию, согласно которой некоторые звёзды могут представлять собой громадные сгустки экзотической материи. Будем надеяться что ребята получат за это хоть какую-то премию, а мы с вами будем из этой материи лепить кротовые норы, как кролики из Алисы в стране чудес.
Данный способ наверное самый понятный, но один из самых труднодостижимых, хотя и не отрицаемых наукой. Второй способ гораздо более весёлый но и более труднопонимаемый. Для его осознания нам нужно немного копнуть в сторону квантовой механики. Дело в том что в этой области физики, электрончики это не твёрдые шарики, а волновые возмущения. Они вообще не реализованы во вселенной, пока не начнёшь его искать. А вот когда мы пытаемся его обнаружить, то начинается самое интересное, он реализуется в некоем случайном месте с разной вероятностью. Эта вероятность известна и вычисляется тем самым уравнением Шредингера, про которое конечно слышал каждый.
Согласно этому уравнению электрон ОДНОВРЕМЕННО находится в различных точках пространства, а когда мы его детектируем он тут же смущается, и остаётся только в одной из этого множества точек, в этом случае говорят о коллапсе волновой функции частицы. Конечно можно подумать что облако вероятности, до того как электрон сколопсировал, это что то вроде метафоры, ну конечно электрон не находиться одновременно везде, он просто в некой точке, а если поискать то найдём его вот тут, или вон там. А вот и нет друзья, электрон именно ОДНОВРЕМЕННО находиться во всех точках этой области сразу. Именно это и составляет основу современной химии. Самый просто пример могут нам в лицо кинуть все молекулы вселенной. При объединении атомов в молекулы их электроны принадлежат как бы всем атомам сразу. Если бы электрон, находился где то в конкретном месте, то химии не могла бы строить молекулы, ну и конечно не могла бы существовать жизнь в привычном понимании.
Не только электроны представляют из себя некое размазанное облако, но и в целом любой объект во вселенной, до того как на него обратят внимание (пронаблюдают) не что иное как облако вероятности. С одним уточнением. Чем больше размер объекта, тем больше вероятность что он реализуется при наблюдении в относительно более конкретном месте. Что это значит? Если мы пронаблюдаем электрон, то он реализуется во вселенной в некой области, причем размер этой области будет сильно превышать размер самого электрона. Эли мы пронаблюдаем кошку, то она тоже реализуется в некой области. Вот только размеры области куда может сместиться кошка, практически точно совпадают с контуром тела кошки.
Но всё же есть вероятность отличная от нуля, что вы посмотрели на кошку, и она реализовалась на диване. А секунду спустя, кошка реализовалась уже за стеной комнаты. Нет, она не убежала туда, просто мириады её атомов и электронов сколопсировани в едином порыве на некоем расстоянии от того места где были секунду назад. Причём все сместились в одну сторону. Случайно.
Разумеется вероятность такого события ничтожно мала. Настолько ничтожно что время за которое в среднем происходит подобное событие во много раз превышает время существования вселенной. Но все же волновые функции некоторых атомах нашего с вами тела, например, достигают других планет, а поэтому существует ненулевая вероятность, что вы откроете дверцу холодильника и окажетесь на другой планете.
Этим интересным свойством воспользовался Дуглас Адамс в своём романе «Автостопом по галактике», придумав «двигатель бесконечной невероятности». Прибор которой может реализовывать совершенно ничтожные вероятности и заставляющий ваши атомы колапсировать не где им вздумается, а там где вам бы хотелось. Разумеется если бы такой прибор существовал мы могли бы носиться по вселенной взад вперёд без всяких космических кораблей и прочего. Это и есть второй способ телепортации. Современная наука отвечает на вопрос о существовании подобного прибора весьма однозначно. Она говорит «я не знаю». Если первый способ, по крайней мере, не отрицается законами физики, то по поводу существования двигателя бесконечной невероятности наука попросту теряется в догадках не отвечая ни «да» ни «нет».
Неоднозначность по поводу двигателя, не означает неоднозначность по поводу самого факта телепортации атомов. На этот вопрос наука отвечает очень точно - телепортация атомов в рамках квантовой механики возможна. Ну и конечно хотелось бы иметь прибор который сумеет такую телепортации совершить. А вот тут уже прочь фантастика, такой прибор уже существует. Интрига верно?
По иронии ключом к телепортации стала работа, которая должна была забить гвозди в крышку гроба квантовой механики. И затеял её неугомонный Эйнштейн. Будучи сам пионером и революционером в классической механике, Эйнштейн очень скептически относился к новым работам в других областях, и с особым рвением выступал против квантовой механики. Квинтэссенцией этой борьбы и стала знаменитая работа 1935 года совместно с коллегой Борисом Подольским, и ассистентом Натаном Розеном. Ну и конечно пара слов о нашем соотечественнике Борисе. Он родился и вырос в Таганроге, в возрасте 16-ти лет эмигрировал в Америку, где и прожил почти всю жизнь. А так же считается, что он был не только выдающимся учёным, но и шпионом СССР с крутым кодовым именем «квант».
Вернёмся к работе этой тройки. Как мы уже знаем, целью работы было развенчание теории квантовой механики. И вот каким образом. В КМ есть такой замечательный феномен, называется запутанность электронов. Один только этот феномен достоин нескольких отдельных постов. Суть его вот в чем. Если два электрона в начальный момент времени были синхронизированы (такое состояние называется когерентным), то они способны сохранить волновую синхронизацию на большом расстоянии друг от друга. Даже если эти электроны удалить на многие световые года, они всё равно останутся связанны подобно пуповине тонкой нитью Шредингера. И если с одним из электронов что то происходит, то какая-то часть информации немедленно будет передана другому.
Для лучшего понимания представьте, что в Китае сделали пару носков, и носки эти связаны тонкой невидимой нитью. Один носок уехал в Таганрог, а второй на Филиппины. Если носок в Таганроге надели на левую ногу, то он стал левым. В ту же самую секунду носок на Филиппинах стал правым. Он стал правым мгновенно, быстрее скорости света, что конечно опровергает теорию относительности. Вот примерно то же самое с электронами. Допустим у нас есть два электрона которые когерентны, а так же известно что полный спин системы этих двух электронов равен нулю (спин – это характеристика электрона). Мы разносим их очень далеко друг от друга, а затем смотрим на спин одного из них. И оказалось что он направлен вверх. В этот момент мы узнали что спин другого направлен вниз, т.к. изначально полный спин был равен нулю. Мы получили эту информацию мгновенно, даже если между электронами были миллионы световых лет. Мы точно теперь знаем что есть электрон на другом конце галактики спин которого направлен вниз. И получили мы эту информацию быстрее скорости света. Более того. Наши электрончики до сих пор ещё связаны этой пуповиной, и если мы меняем спин одного из них, спин другого тоже меняется моментально. Вы только вдумайтесь. Всё в нашем мире взаимосвязано. Ещё со времён зарождения нашей вселенной электроны запутались между друг с другом в громадную паутину размером со вселенную, и когда вы чихаете, изменяется вся вселенная. И да, она делает это моментально, быстрее скорости света.
Сам Эйнштейн называл это явление призрачным дальнодействием и «доказывал» с его помощью несостоятельность квантовой механики, ибо ничего во вселенной не может передаваться быстрее скорости света.
В 1935-м году, на момент теоретического описания этого опыта не было средств для его практической реализации. (Опыт кстати называется парадокс ЭПР, в честь авторов, не путаем с электронно парамагнитным резонансом, который имеет такую же аббревиатуру). Но в начале 80-х, во Франции был проведён реальный опыт с детекторами расположенными на расстоянии 13 метров друг от друга. Алан Аспе совместно с коллегами измеряли спины электронов испускаемых атомами кальция, и полученные результаты в точности совпали с положением квантовой теории! Это означает что каждое ваше действие, да что там действие, каждая ваша мысль изменяет всю вселенную, переворачивая каждый её электрон с ног на голову. И это не какая-то вам эзотерика или философия. Это объективная реальность. Подтверждение этого явления добавило в фундамент квантовой механики железную арматуру, так что всем её противникам в научном мире осталось попросту развели руками.
Но неужели Эйнштейн ошибался, и существуют скорости быстрее световых. И да и нет. На самом деле информация передаётся быстрее скорости света, но она случайна, а потому не имеет смысла. Какой нам прок с того что электрон на другом конце вселенной имеет спин направленный вниз. Мы не сможем передать информацию с помощью этого метода. Данный опыт хотя и подтверждал квантовую механику, но не давал ни какой практической выгоды. До недавнего времени…
Вот мы и подошли совсем вплотную к телепортации. В 1993 году учёные из IBM продемонстрировали возможность телепортировать с помощью парадокса ЭПР материальные объекты, по крайней мере на атомарном уровне. Стоит отметить, что телепортация не совсем такая как вы думаете мол атом вот тут исчез, а вон там появился. Всё не совсем так. У нас есть два атома одного вещества. Мы можем передать на расстоянии точную информацию от одного атома к другому. Т.е. по сути превратить один атом в другой.
Давайте подробней. Допустим у нас есть два атома А и С. И мы хотим телепортировать А в С. Для этого мы вводим ещё один атом В. Атомы В и С у нас запутаны. Далее мы заставляем атом А вступить в контакт с атомом В, таким образом, что информационное содержание атома А передаётся к атому В, атомы А и В запутываются. Но мы с вами помним что В изначально был когерентен с С, и теперь информация от атома А передаётся и в атом С, причем таким образом, что атом С становиться точной копией изначального атома А, до всего этого запутывания.
А теперь чтобы всё стало в тысячу раз понятней опять возьмём пример с носками. У нас есть правый носок который мы хотим телепортировать из Таганрога на марс. Назовём его носок №0. Наш носок мы уже одевали много раз и только на правую ногу. Все знают про этот носок только одну вещь – он правый, и больше никаких характеристик у него нет. Специально обученные ребята на фабрике в Китае делают волшебную пару новых носков. Эта пара запутана между собой и каждый из пары может быть либо правым либо левым, и он всегда будет не таким как другой. Один новый носок из этой пары мы доставляем в Таганрог (носок 1), а второй отдаём Илону Маску и тот везёт его на марс (носок 2). Далее мы вводим в сцену Толю - знатного надевателя носков. На его правую ногу мы одеваем носок №0 (тот который требуется телепортировать). А на единственно оставшуюся свободную ногу одеваем носок №1 из нашей пары волшебных носков. Носок №1 принял информацию из Ноги Толи, став левым, в эту же секунду носок №2 на марсе стал правым, как раз то что нам и требовалось.
Ровно то же самое происходит и с запутанными атомами, с одним отличием. Каждый раз проворачивая свой фокус, Толя убегает в туалет или куда-нибудь где его никто не видит, снимает носки, затем одевает их на случайные ноги, и только после этого возвращает экспериментаторам. И сколько ни нюхай не понять где правый, где левый. Единственно достоверной информацией остаётся лишь то что на марсе теперь правый носок.
При телепортации объектов это означает, что изначальный объект полностью превращается в нечто неопределённое. Что в одной стороны и не плохо. Ну например, если бы атом А точно копировался в атом С, то это была бы не телепортация, а точное копирование. И в случае с макро объектами мы бы получали два совершенно идентичных объекта. А куда потом клонов девать?
После первой удачной телепортации атомов в научном мире все резко вспомнили Кроненберга, и давай кто быстрее строить телепортационные камеры. В 2004 году в Вене телепортировали свет под Дунаем на 600 метров. Ну а в 2006 совместная команда физиков из Копенгагена и Германии, телепортировали макрообъект. Газ цезия, состоящий более чем из триллиона атомов, который можно было увидеть невооружённым глазом, переместился на пол метра. Опять же переместился не сам газ. Просто в колбочке №1 был определённый газ, а другой просто газ. И вот хлоп! и определённый газ уже не в колбочке №1, а в другой.
Если допилят телепортацию людей, то выглядеть это будет примерно вот как. Одна камера в Таганроге, вторая на марсе. На заводах в Китае делаю биогель, включающий в свой молекулярный состав атомы из состава человеческого тела в том же процентном соотношении. Этими составами заполняют баки в камерах и в Таганроге и на марсе. Толю в Таганроге обмазывают с ног до головы биогелем, и хлоп! Толя уже на марсе, а в камере в Таганроге, только Кроненберг.
Разумеется, исследования не прекратились в 2006 году. Всё больше групп учёных из разных стран заняты этой проблемой. И был предложен ещё один способ телепортации. Без запутывания, и гораздо более похожий на телепортацию из научной фантастики. Объекты превращают в свет, который по проводам передают куда угодно, а затем этот свет вновь превращают в материальные объекты. И происходит всё это при помощи пятого агрегатного состояния вещества. Интересно? Я обязательно рассказу об этом в другой раз.
По поводу пруфов. Эта информация не какая то секретная. Всё довольно легко гуглится. Например вот ссылка на википедию.