Ученым не удалось отправить сообщение в прошлое.⁠⁠

Недавно на пикабу вышла интересная статья «D-mail существует. Ученным удалось отправить сообщение на 8 наносекунд в прошлое». Речь об эксперименте «Квантовый ластик с отложенным выбором». Сам эксперимент чрезвычайно интересен, однако автор поста (@hochk) при рассмотрении совершил несколько ошибок, что привело его к неверным выводам.

В моей статье никаких путешествий во времени и нарушений причинности, к сожалению, не будет. Классическая квантовая механика. Скукота одним словом, но

Первая серьезная ошибка. Вспомним эту схему и комментарий автора.

Детектор D0 выполняет роль регистрирующего экрана из опыта Юнга, он не позволяет нам увидеть сквозь какую щель пролетают фотоны, он просто может зафиксировать координаты фотона на экране в момент падения, а вот датчики D3 и D4, позволяют нам точно узнать сквозь какую щель проходит фотон. Если вы читали довольно внимательно всё что сверху написано, то уже догадались, что на детекторе D0, мы будем видеть две светящихся полоски. А если мы выключим датчики D3 и D4, то вновь на D0 увидим череду светлых и тёмных полосок. Что уже само по себе довольно невероятно.

Довольно невероятно? Нет, это практически фантастика, ведь рождается неразрешимый парадокс. Мы можем отнести датчики(D3,D4) очень далеко, увидеть на D0 интерференцию, и после включить датчики. Т.е. мы видим и интерференцию, и знаем через какую щель прошел каждый фотон. Зачем дальше продолжать эксперимент, ведь надо прямо сейчас переписывать всю квантовую механику.

Ответ прост. На D0 не будет интерференции вне зависимости включены датчики (D3, D4) или нет. Данная схема не является аналогом опыта Юнга. Коллапс волновой функции (т.е. волна превращается в частицу) происходит в нелинейном оптическом кристалле, сразу за пластиной с щелями. Т.е. фотон точно пойдет либо на датчик D3, либо на датчик D4. И даже если мы не будет его ловить, фотон все равно уже определился. Не важно попадет он на какой-то датчик, увидит это какой-то человек, таракан, или котенок – это уже не важно. В нашем мире он определился.

Для примера мысленный эксперимент. Проводим опыт Юнга, и видим интерференцию. Затем ставим датчик после щели – не видим интерференцию. А теперь ставим датчик, но со словами: «Вселенная, я сразу после эксперимента датчик уничтожу, и не буду смотреть его показатели, мамой клянусь». Вселенная типа «ладно, верю», и показывает интерференцию. Ты уничтожаешь датчик, как честный человек. И все типа в порядке, ведь никто не узнал, через какую щель пролетел фотон.

Абсурд? Конечно. Никогда не поверит нам вселенная, если у нас есть шанс её обмануть. Поэтому и не покажет интерференцию.

Вот и на схеме аналогичная ситуация. Мы выключили датчики (D3, D4), и обещаем вселенной никогда не ловить фотон. Но и в этом случае вселенная нам не поверит, и на D0 никогда не будет интерференции.

«Но как же ластик, там же вроде дальше ластик» - наверное, вы уже задаете этот вопрос. К нему и переходим прямо сейчас, и ошибка автора номер два. Напомним схему и цитату:

Первоначальную информацию о том куда попадает фотон, мы можем получить с экрана D0. Она ближе всего к двухщелевой пластинке. И мы уже можем догадываться это интерференция или две полоски. И только спусти 8 наносекунд, пока фотон блуждает в недрах установки можно сказать быль ли он зарегистрирован на точных датчиках D3 или D4. Либо информация о его траектории была стёрта, и он попал на обезличенные датчики D1 или D2.

Теперь по полочкам. Мы с гипотетическим Толей заключаем спор о том, что если фотон будет интерферировать, то я плачу за пиво. Если фотон будет вести себя как классическая частица, то он. Затем мы выстрелили фотоном в эту установку, и заметили, что на детекторе D0, он попал в светлую область, которая соответствует интерференционной картине. И мы в течении последующих 8-ми наносекунд пьём пиво за мой счет. Разговариваем о жизни, и я сетую на то, как она несправедлива. Затем мы наблюдаем частицу в датчике D3. Понятно, что данная ситуация невозможна, ибо при регистрации этим датчиком интерференция невозможна. Для разрешения парадокса вселенная возвращает назад в прошлое, и на этот раз наблюдаем частицу на детекторе D0 в правильной области. Наша память перезатирается. Мы 8 Наносекунд пьём пиво, а Толя при этом нервно курит. Ведь теперь он проставляется. Затем идём смотреть на результаты со следующего датчика. Это датчик D3 мы уже знаем. Парадокса нет. Скачков не происходит.

Ничего вы не пьете в течении 8-ми наносекунд, а чешете репу, ибо по датчику D0 вы не можете понять, в какую область попал фотон. Нет отдельной области для интерференции и ее отсутствию. Смотрим картинку:

R01, R02, R03, R04 это схемы попаданий фотонов в D0 соответствующие попаданию спутанного фотона в датчики D1, D2, D3, D4 соответственно.

На D0 накладываются 4 схемы (R01, R02, R03, R04), поэтому мы не можем увидеть на D0 ничего полезного. Нужная нам информация просто засвечивается не нужной.

Из этой схемы мы видим, что на D0 никак не увидеть интерференцию.

Выходит, что пока спутанный фотон не дойдет до одного из датчиков (D1, D2, D3, D4), мы не сможет понять попал основной фотон в зону интерференции или нет.

Спор разрешится не раньше, чем через 8 наносекунд.

А значит: Никаких путешествий во времени.  Никаких нарушений причинности.

Как и обещал.

Кстати, эксперимент и не ставил целью нарушить какие-то законы квантовой механики. Такой результат как раз прогнозировался.

Отдельно стоит прочитать про "квантовый ластик" и про "отложенный выбор".

PS.

Еще картинки для понимания. И обратите внимание, что графики интерференции сдвинуты по фазе, чтобы пики одного приходились на провалы другого.

Источник https://en.wikipedia.org/wiki/Delayed-choice_quantum_eraser