Наука и практика телепортации.
|
А. Еркин Наука и практика телепортации | ||
|
В конце 20-го века тема телепортации перешла со страниц фантастических романов в сугубо научные издания. Реальность телепортации оста╦тся одной из самых спорных тем. Многочисленные работы, так или иначе подтверждающие или опровергающие возможность телепортации, сменяются новыми, не менее спорными и эмоциональными. Наш журнал также не может обойти молчанием эту актуальную тему и приглашает читателей принять в этом участие. В том числе, и через форум нашего обновленного сайта http://www.chip-news.ru. Термином телепортация обозначаютявление мгновенного перемещения материального объекта в пространстве из одного места в другое без последовательного прохождения всех промежуточных положений. Телепортируемый объект как бы исчезает в одном месте и мгновенно появляется в другом. Телепортация - это идеальный способ передвижения, который заменит в будущем, как считают писатели-фантасты, традиционные транспортные средства. Хотя термин и появился только в XIX веке, само явление известно с древних врем╦н. Носит оно спонтанный характер, регистрируется крайне редко, противоречит обыденному опыту и здравому смыслу и поэтому все связанные с ним старинные и современные истории воспринимаются как мистические и справедливо вызывают скептическое отношение - проверить их достоверность трудно, повторить невозможно. Истории о случаях телепортации можно было бы продолжать относить к области ненаучной фантастики, если бы не недавние успешные эксперименты физиков по квантовой телепортации, зародившие надежду на возможность нахождения научного объяснения данному явлению. Успехи экспериментаторов подвигли не слишком консервативных и жаждущих признания молодых уч╦ных на изыскания и, в результате, в последние годы появилось несколько теорий, претендующих на объяснение механизма телепортации. Хотя называть их теориями пока вс╦-таки преждевременно, лучше подходит сочетание научно-фантастические гипотезы или идеи. Тем не менее, это идеи, основанные на простой линейной экстраполяции установленных научных представлений. Этим я хочу отделить их от идей сугубо ненаучного характера, апеллирующих к мистическим представлениям о существовании духов, ангелов, пришельцев и т.п., которые не рассматриваются в данном обзоре. Собственно, есть две группы теорий: теории реально существующей так называемой квантовой телепортации, относящейся к передаче информации, и пока ещ╦ гипотетические теории квантовой "нуль-транспортировки" материальных объектов. Квантовая телепортацияЯвление квантовой телепортации проявляется в существовании мгновенного независящего от расстояния взаимодействия между частицами микромира, входящими в единую квантовую систему. Система квантово связанных частиц образуется всякий раз, когда частицы вступают во взаимодействие друг с другом или рождаются в одном процессе и после этого не вступают во взаимодействие с другими частицами. Как только одна из частиц квантово связанной пары вступает во взаимодействие с внешним миром, е╦ квантовые характеристики изменяются, и в тот же самый миг изменяются характеристики второй частицы пары, после чего квантовая корреляция частиц исчезает. Обмен информацией о состояниях между связанными частицами происходит без каких-либо полей, мгновенно и не зависит от расстояния. Такая связь кажется на первый взгляд мистической, но на языке физиков она достаточно тривиальна - просто взаимодействующие частицы имеют общую так называемую пси-функцию. Квантовая физика описывает состояние частиц этой самой пси-функцией (по-другому - волновой функцией), которая, хотя и похожа на некоторое поле, поскольку имеет распределение в пространстве, но в действительности не является таковым, скорее это чисто математический объект и поэтому может изменяться мгновенно и во вс╦м пространстве без нарушений законов физического мира. Это одна из тех странностей квантовой физики, которая противоречит здравому смыслу, но очень хорошо согласуется со всеми экспериментами в области микромира. Пси-функция любой системы микрочастиц созда╦тся и разрушается (коллапсирует, схлопывается во вс╦м пространстве сразу) при каждом новом взаимодействии. На странную возможность существования нефизической связи между удал╦нными частицами первым обратил внимание А. Эйнштейн. Он не поверил в реальность такой связи и интерпретировал это как доказательс тво ошибочности квантовой теории. Совместно с другими физиками - Б. Подольским и Н. Розеном - он опубликовал в 1935 году статью о парадоксе квантовой механики, который теперь известен как парадокс ЭПР. Через 30 лет физик-теоретик Бэлл предложил схему эксперимента по разрешению парадокса, который в 1965 году был произвед╦н и доказал справедливость квантовой теории и ошибочность вывода Эйнштейна, но только ещ╦ почти 30 лет спустя физики начали думать над практическим использованием этого странного явления и ставить соответствующие эксперименты. Первую принципиальную схему эксперимента по реализации такого взаимодействия предложила в 1993 году группа специалистов исследовательского центра IBM, возглавляемого Ч. Беннетом. Тогда же ими был введ╦н и термин "квантовая телепортация". Беннет показал, что полную информацию, необходимую для того, чтобы восстановить состояние объекта, можно разделить на две части - квантовую и классическую. Первую можно передать мгновенно, что и подтверждено экспериментально, но нельзя использовать без второй, передаваемой обычными методами - со скоростью, не превышающей скорость света. В декабре 1997 года ведущий мировой научный журнал "Nature" опубликовал информацию о том, что двум группам физиков из Австрии и Италии, независимо друг от друга (и по разным методикам), удалось экспериментально подтвердить существование явления квантовой телепортации. Группа австрийских физиков под руководством А. Цайлингера наблюдала телепортацию квантового состояния на примере фотонов света. Позже появились сообщения об эксперименте по телепортации фотонов в Италии. Результаты ещ╦ одного эксперимента, показывающие наличие связи между состояниями фотонов на гигантских (в масштабах микромира) расстояниях - более 10 км - опубликованы швейцарскими уч╦ными летом 2001 этого года в журнале "Physical Review А". Эффект квантовой телепортации сейчас в центре внимания физиков, он регулярно затрагивается в специальных журналах - "Nature", "Scientific American". Телепортация была включена в темы докладов на прошедшей в Москве XVI международной конференции "Когерентная и нелинейная оптика". Следует отметить, что термин "телепортация" применительно к описанным экспериментам не совсем правилен. По существу, речь ид╦т о мгновенной передаче информации о состоянии частиц без посредства материального носителя. При этом никакой материальный объект, естественно, не переносится мгновенно. Вместе с тем, в квантовом мире устроено так, что если две частицы обладают одинаковыми свойствами, то это действительно абсолютно тождественные частицы и если параметры одной частицы были переданы другой, то она становится точной копией первой, именно такой, какая получилась бы при "настоящей" телепортации. Если чисто гипотетически на основе явления квантовой телепортации нужно было бы осуществлять телепортацию макрообъектов, то выглядело бы это следующим образом: в месте "нуль-передачи" сканируются характеристики всех микрочастиц объекта, информация переда╦тся в пункт "нуль-при╦мника", передаваемый объект разрушается (становится грудой атомов), а принятый объект становится точной копией исходного объекта. Достаточное количество атомов, естественно, должно быть приготовлено заранее в пункте при╦ма. Эта схема очень хорошо описана в романе писателя-фантаста Клиффорда Саймака "Пересадочная станция". Опыты, провед╦нные уч╦ными Орхусского Университета (Дания) в конце сенсентября 2001 года, доказали практическую возможность такой телепортации. Экспериментаторы добились квантовой связи между двумя облаками охлажд╦нных почти до абсолютного нуля паров цезия, расположенными на значительном расстоянии друг от друга. Датчанам удалось связать около миллиона атомов цезия, правда, на очень короткое время, на доли миллисекунды. Связь должна приводить к взаимному влиянию облаков пара. По версии экспериментаторов, воздействие на оригинал влеч╦т аналогичное изменение параметров копии. Исследователи планируют изучение свойств полученного канала с целью реализации в будущем возможности передачи копий структур из атомов. Даже при самых успешных разработках именно этого вида телепортации, "переносить" человека таким способом не получится - он содержит на 20 порядков больше атомов, и методов считывания структуры такой сложности пока не существует даже в принципе. Летом 2002 года появилось сообщение от физиков из Австралии: им удалось телепортировать луч лазера на расстояние 1 м. Выглядело это как исчезновение луча в одной точке и появление его в другой. Квантовая телепортация может играть значительную роль в будущих системах передачи информации. Если когда-либо будет создана квантово-механическая ЭВМ, теоретические основы которой были заложены Ричардом Фейнманом в конце 70-х √ начале 80-х годов, то информация в ней будет храниться в виде набора квантовых состояний. Эффекты ЭПР и квантовой телепортации позволят вести копирование и обмен информацией внутри квантового компьютера. И не только компьютера - можно телепортировать данные в любых цифровых системах. Преимущество телепортационного способа передачи информации заключается в том, что из одной точки пространства в другую переносится точная копия состояния, являющегося элементарной ячейкой памяти. Таким образом, появляется возможность передавать информацию без потерь, со 100-% эффективностью. Именно перспектива создания принципиально новых систем связи с абсолютной невозможностью несанкционированного доступа к данным и определяет нынешний научный ажиотаж вокруг квантовой телепортации. Впрочем, что касается инженерных решений этой задачи, то не следует думать, что они будут найдены завтра: технологические проработки только начались. Возможно, что квантовая телепортация сможет найти применение и в радиолокационных системах субмиллиметрового диапазона, в котором уже заметна квантовая природа электромагнитного излучения. Если излучить пару квантово связанных фотонов, то сумма их поляризаций будет задаваться передатчиком. Фотон пары, первым провзаимодействовавший с веществом (поглотившись, например), изменит поляризацию второго кванта благодаря квантовой связи и, если зафиксировать это изменение (например, с помощью второй пары квантово коррелированных и когерентных лучей), можно узнать о состоянии первого фотона. Дальше можно использовать известные радиолокационные методы: доля поглощ╦нных фотонов зависит от свойств рассматриваемого объекта, луч можно сканировать и поточечно формировать радиоизображение. При этом один из квантово коррелированных лучей должен всегда быть направлен на при╦мник. В такой системе не требуется обеспечивать прямую видимость объекта из центра при╦ма, не нужно обнаруживать слабый отраженный сигнал (отражение вообще не используется) и, по-видимому, будет трудно создать помехи такой системе. Разумеется, описанная система радиолокации является чисто гипотетической, поскольку проблема регистрации изменений поляризации фотонов пока ещ╦ не решена.
Нуль-транспортировкаОткрытие эффекта квантовой телепортации в определенной степенистепени явилось стимулом к поиску идей реализации настоящей материальной телепортации. Одна из этих гипотез основана на предположении о существовании микроскопических дыр или тоннелей в пространстве. Основанием для такого предположения является теория гравитации Эйнштейна, которая предсказала существование ч╦рных дыр во Вселенной и которые, как считают большинство астрономов, уже реально обнаружены в Космосе. Ч╦рная дыра - это звезда с такой чудовищно мощной силой тяжести, что даже свет не может покинуть е╦. Предполагается, что ч╦рная дыра является тоннелем, который связывает две отдал╦нные области Вселенной, либо разные Вселенные, если таковые существуют. Объединение теории гравитации с квантовой физикой породило идею о существовании микроскопических ч╦рных дыр, спонтанно возникающих и исчезающих в окружающем пространстве на время, определяемое квантовым принципом неопредел╦нности - одним из основных положений квантовой физики, которое разрешает нарушение закона сохранения энергии (и появление объектов из вакуума), если это нарушение происходит за очень короткое время (чем больше нарушение, тем короче допустимое время). Одним из авторов гипотезы дырочной телепортации является россиянин К. Лешан, ныне проживающий в Молдове. Его гипотеза, появившаяся в середине 90-х годов, заключается в следующем. Наша Вселенная, родившаяся в результате Большого взрыва, имеет конечную протяж╦нность. Расширяясь, Вселенная захватывает новые области, но постоянно оста╦тся что-то за е╦ пределами. Поскольку там нет пространства-времени, то и рассматривать это ничто можно как нуль-пространство, своеобразную дыру. Ко всему прочему, законы физики требуют отсутствия во Вселенной каких-либо привилегированных точек, а значит, граница Вселенной не может находиться в какой-либо фиксированной точке пространства (пусть даже движущейся) и должна находиться везде в каждый момент времени, а значит и нуль-пространство должно находиться буквально повсюду, образуя множество рассеянных по Вселенной дырок - дырочный вакуум. Дырочная телепортация основана на одном постулате: никакое тело, родившееся во Вселенной, не может существовать за е╦ пределами. А значит, будучи выброшенным за пределы Вселенной, тело должно будет вернуться в обычное пространство-время и оказаться в какой-то его точке. Выброс и возвращение происходят по тем самым нуль-пространственным дырам, которыми кишит наше пространство (отсюда другое название дырочной телепортации - нуль-транспортировка). Для того, чтобы выбросить тело в нуль-пространство, достаточно окружить его нуль-пространственными дырами. К сожалению, определить точку, в которой окажется телепортированный таким образом объект, пока невозможно: считается, что она определится случайно. У такого перемещения есть несколько важных свойств. Первое, это нулевое время перехода - поскольку вне времени и пространства тело существовать не может. Другое свойство: отправка объекта через нуль-пространство выглядит для внешних наблюдателей взрывом - поскольку сам нуль-переход не требует энергии, а значит энергия, затраченная на создание нуль-пространства, должна выделиться здесь же, в точке отправления. И, наконец, ещ╦ одно важное свойство: только нуль-транспортировка пригодна для телепортации человека, ибо в ней не созда╦тся копии объекта, но сам объект перемещается физически. Гипотеза эта, хотя и основана на научных идеях, имеет одно слабое место: предполагается, что можно сформировать непрерывную поверхность из флуктуирующих квантовых дырок. Управление огромным числом флуктуирующих одновременно нанообъектов да ещ╦ и расположенных определ╦нным образом - задача в высшей степени неопредел╦нная, поскольку на сегодня нет даже нам╦ков на законы, управляющие квантовыми дырками, даже если они действительно существуют. Именно по этой причине попытка авторов идеи привлечь крупных финансовых инвесторов через сайты в Интернете и издаваемый журнал для реализации проекта по разработке нуль-пространственного передатчика материи выглядит явной авантюрой. Хотя в своих интервью автор утверждает, что единственным препятствием является отсутствие финансов, вс╦-таки основным препятствием служит отсутствие доработанной до конца идеи. В литературе встречаются иногда предположения о возможности случайной телепортации через дыры макроскопического размера, измеряемого метрами. Такие предположения являются совершенно спекулятивными, поскольку существование дыры такого размера на Земле без глобальных катаклизмов простопросто невозможно по причине наличия у дыры мощного гравитационного поля - согласно общей теории относительности, масса такой дыры должна быть соизмерима с массой Земли. Другой подход к механизму телепортации базируется на существовании ещ╦ одного специфически квантового явления - обменного взаимодействия. Если два одинаковых атома (или другие частицы) находятся в одинаковом квантовом состоянии и каким-либо образом "узнают" о существовании друг друга (например, находятся друг к другу ближе остальных частиц), между ними возникает специфическое взаимодействие, при котором они непрерывно как бы меняются друг с другом местами. Поскольку атомы абсолютно одинаковые, то не существует физического способа зафиксировать факт такого обмена, но его косвенным результатом является появление вполне регистрируемой силы притяжения. Внешне это очень напоминает пространственную телепортацию. Явление это, хотя и относится к микромиру, но отнюдь не уникальное и с ним мы сталкиваемся буквально непрерывно: обменное взаимодействие является основной силой, притягивающей атомы в тв╦рдых телах друг к другу и делающих предметы нашего быта тв╦рдыми. Несколько условно можно сказать, что телепортация лежит в основе нашего мира. Одинаковыми квантовыми объектами могут быть не только атомы и элементарные частицы, но и системы из них, например, сложные молекулы. Если между ними установлена квантовая связь, то должна появиться и обменная "телетранспортация". Биохимику С. Бочарову, работающему в департаменте химии и биохимии университета Делавера (Ньюарк, США), пришла мысль использовать это явление для переноса микрообъектов. Он предлагает использовать для этого молекулы фуллеронов, которые обладают высокой степенью симметрии и имеют внутри своей структуры пустое пространство. По идее Бочарова, если квантово связать две молекулы фуллерона и, не разрушая их связи, поместить внутрь одной из молекул какой-либо микрообъект, то в процессе квантового взаимодействия микрообъект окажется телетранспортирован в место расположения второй молекулы фуллерона. Автор утверждает, что некоторые из его опытов нужно интерпретировать именно таким образом. Известны ещ╦ несколько вариантов использования описанной интересной идеи для объяснения механизма телепортации, также относящихся к микромиру. Однако даже подтверждение реальности телепортации в микромире не позволит перейти непосредственно к телепортации макрообъектов и людей. Невообразимая сложность квантово-механического описания человека ставит пока принципиальный барьер на этом пути. Видимо, должны быть открыты новые фундаментальные законы, разрешающие проявлять квантовые свойства макрообъектам. Согласно некоторым футурологическим прогнозам, телепортация станет использоваться как средство транспорта лет через 50, но будет очень дорогим удовольствием. И, как в электронике, деш╦выми будут только китайские приборы. Благо, научный задел в этом направлении у них уже есть. По материалам сайтов: http://news.battery.ru/theme/science, |
|
| Ваш комментарий к статье | ||||
