Сцепленные состояния в квантовой механике - ключ к научному объяснению явлений парапсихологии
Одним из самых дерзких вызовов, который бросила квантовая физика своей классической предшественнице, является утверждение о наличии в окружающей нас реальности особого типа со сверхъестественными свойствами и возможностями. Квантовая теория говорит о том, что в природе существует широкий класс состояний, которые не имеют никакого классического аналога, поэтому они никак не могут быть поняты и описаны в рамках классической физики. Это «магические» состояния, которые выходят за все мыслимые рамки с точки зрения привычных представлений о реальности. Они получили название запутанных (сцепленных) состояний (entangled states).
Эти научно-фантастические возможности квантовая теория научилась использовать на практике в технических устройствах, от разнообразных шифровальных криптосистем до квантового компьютера.
В квантово-криптографических системах основным рабочим ресурсом являются сцепленные (запутанные) состояния фотонов, и их мгновенная нелокальная связь (квантовые корреляции) позволяет обеспечить абсолютную защиту информации от постороннего доступа. Связь между сцепленными фотонами не просто «сверхсветовая», а именно бесконечная, мгновенная, но в данном случае она используется не для передачи информации, а для контроля безопасности канала связи - при доступе к передаваемой информации «со стороны» когерентность фотонов (квантовая сцепленность) тут же нарушается. Сцепленность между кубитами - это необходимое условие для работы квантового компьютера, это ключевой фактор, отвечающий за квантовый параллелизм и определяющий преимущество квантового компьютера над обычным.
В чем же заключаются удивительные особенности сцепленных состояний? Почему они привлекают такое пристальное внимание исследователей? Суть в том, что они в прямом смысле являются запредельными, потусторонними, трансцендентными, как сказали бы философы, по отношению к материальному миру. Их свойства и возможности просто фантастические с точки зрения классической физики и наших привычных представлений о реальности.
Квантовая сцепленность возникает в системе, состоящей из 2х и более взаимодействующих подсистем (или взаимодействовавших ранее, а затем разделенных), и представляет собой суперпозицию макроскопически различимых состояний. В таких системах флуктуации отдельных частей взаимосвязаны, но не посредством обычных классических взаимодействий, ограниченных, например, скоростью света, а посредством нелокальных квантовых корреляций. В этом случае изменение одной части системы в тот же момент времени сказывается на остальных ее частях (даже если они разделены в пространстве, вплоть до бесконечно больших расстояний). И это не просто теория.
Т. о., квантовая сцепленность - это особый тип взаимосвязи между составными частями системы, у которой нет аналога в классической физике. Эта связь противоестественна, немыслима с точки зрения классических представлений о реальности и выглядит магической в прямом смысле этого слова.
Квантовая сцепленность - состояние неразрывной целостности, единства. Обычно дают такое определение: сцепленное состояние - это состояние составной системы, которую нельзя разделить на отдельные, полностью самостоятельные и независимые части. Оно является несепарабельным (неразделимым). Сцепленность и несепарабельность - тождественные понятия.
Когда квантовая теория обогатилась пониманием того, что квантовая сцепленность - это обычная физическая величина, и с ней можно работать, как с другими физическими величинами, такими как энергия, масса и т. д., то возникла необходимость в ее количественном описании. Сцепленные состояния нужно было охарактеризовать по величине (степени) сцепленности. Одним из первых такую количественную характеристику, то есть меру сцепленности, ввел в 1996 году Чарльз Беннетт (Bennett C. H., Bernstein H. J., Popescu S. and Schumacher B. Phys. Rev. A 53, 2046 (1996).
В зависимости от величины квантовой сцепленности (она изменяется от 0 до 1) система может состоять из отделимых локальных частей, которые слабо связаны друг с другом. В этом случае мера сцепленности близка к нулю. Если же система составляет единое неразделимое целое, то мера сцепленности равна единице. Это нелокальное состояние, и тогда в системе нет никаких классических, «видимых» объектов (даже на тонких уровнях реальности (!). Любой объект, который взаимодействует со своим окружением, находится с ним в сцепленном состоянии. Например, взаимодействуя с окружением, мы связаны с ним нелокальными квантовыми корреляциями. Может возникнуть вопрос: почему же тогда мы не чувствуем эти корреляции, почему не ощущаем нашу квантовую сцепленность? Но дело в том, что мы прекрасно ее ощущаем, только не выделяем своим вниманием. (Более того, у нас есть возможность сознательно и целенаправленно изменять меру сцепленности, просто концентрируя внимание). Существует большое количество самых различных типов взаимодействий макросистем с окружением, много каналов квантовой сцепленности с различной мерой несепарабельности. По одним степеням свободы мы, например, локальны (наши тела разделены в пространстве), а по другим (в частности, можно говорить о наших чувствах или мыслях) - нелокальны, несепарабельны.
Величина сцепленности зависит от интенсивности взаимодействия. Так, управляя взаимодействием с окружением, можно манипулировать мерой квантовой сцепленности между составными частями системы. Например, замкнутая система может находиться в максимально сцепленном состоянии и не будет иметь внутри себя локальных (классических) составных частей (подсистем). Но если она начинает взаимодействовать с окружением, то мера сцепленности между ее подсистемами постепенно уменьшается, и они «проявляются» в виде локальных объектов. В качестве примера можно привести такую аналогию. Пусть у нас есть лист фотобумаги с непроявленным изображением - это своеобразное нелокальное состояние. Видимые формы объектов могут появиться только в том случае, если мы опустим фотобумагу в проявитель (взаимодействие с окружением). Ситуация со сцепленностью лишь немного сложнее - там нет заранее отображенной «картинки» с негатива. Потенциальное изображение (и оно не одно!) как бы равномерно «размазано» по фотобумаге и поэтому невидимо. Все возможные элементы находятся в суперпозиционном состоянии, у них нет локальных форм. При наличии взаимодействия с окружением суперпозиция разрушается, и проявляется то или иное классическое состояние в зависимости от типа взаимодействий. Этот физический процесс называется декогеренцией. Другой стороной этого процесса является возрастание меры сцепленности системы с окружением. Оно будто «растаскивает» в разные стороны части того, что раньше было единым целым, придает им определенную форму, и они становятся видимыми, различимыми с нашей привычной, классической точки зрения.
Существует и обратный процесс - сцепленность можно «концентрировать», увеличивать. Этот процесс называется рекогеренцией, или дистилляцией сцепленности. В примере с фотографией это равносильно тому, что с помощью хитрых операций с полученным снимком и отработанным проявителем будет возможно снова сделать лист фотобумаги чистым, т. е. вернуться к исходному суперпозиционному состоянию непроявленных изображений.
Но сцепленность - это не просто наложение различных состояний друг на друга и такое их переплетение, когда нет возможности «найти концы» и отделить одно от другого. Прежде всего, это наличие «потусторонней» связи между подсистемами, которая необъяснима с точки зрения известных физических полей и взаимодействий. Квантовые корреляции - это не просто взаимодействия, а скорее квантовая «телепатия», когда один объект непосредственно «ощущает» свое единство с другими телами, когда все внешние изменения мгновенно отзываются в нем самом, и, наоборот, изменения в объекте тут же сказываются на окружении. Мера этого единства и степени взаимопроникновения одного тела в другое может быть разная, и она как раз характеризуется мерой квантовой сцепленности. На первый взгляд, отдельные предметы, окружающие нас, могут выглядеть полностью самостоятельными и независимыми друг от друга. Но если они когда-то взаимодействовали (не только при прямом контакте, но и посредством физических полей), то мера квантовой сцепленности между ними уже не будет равна нулю, и, пусть в самой незначительной своей части, эти объекты будут связаны квантовыми корреляциями.
Но у квантовой сцепленности и абсолютной согласованности поведения отдельных частей системы есть и обратная сторона. В максимально сцепленном состоянии подсистемы полностью лишены самостоятельности, у них как бы нет «свободы воли», они не могут изменяться независимо от других подсистем. Самое малое «шевеление» какой-то одной подсистемы сопровождается одновременным согласованным изменением всех остальных частей системы. У подсистем нет индивидуальной динамики, нет возможности провести границу между собой и окружением и «сказать»: здесь Я, а здесь не Я. Она не может «ощутить» свою индивидуальность и не способна эволюционировать в качестве отдельной самостоятельной «личности».
Любопытно то, что удивительные свойства квантовой сцепленности по своим проявлениям очень хорошо перекликаются с теми «сверхъестественными» возможностями человека, которые развивают в себе и широко практикуют представители различных эзотерических школ. В свете квантовой сцепленности и процессов декогеренции/рекогеренции уже по-другому воспринимаются многочисленные свидетельства различных чудес и невероятных событий, о которых упоминается в мистической и религиозной литературе.
Кстати, теория сцепленных состояний - это не теория микрочастиц, как иногда ошибочно считают. Ее основные результаты формулируются в терминах систем и подсистем, то есть общие выводы справедливы и в отношении произвольных макросистем. Микрочастицы являются лишь наиболее удобными объектами для изучения и манипулирования квантовой сцепленностью в физических исследованиях. Она у них проявляется особенно сильно, и ее уже невозможно игнорировать, как в случае с макрообъектами. Причем мера квантовой сцепленности между частицами может контролироваться и целенаправленно изменяться в очень широких пределах - практически от нуля и вплоть до максимально сцепленного, полностью нелокального состояния. Мера квантовой сцепленности непосредственно связана с информацией, содержащейся в системе, которая может быть выражена количественно, (например, через "энтропию (беспорядок) фон Неймана для чистых состояний"). При описании в терминах квантовой информации замкнутая система - это единое квантовое информационное поле, которое содержит в себе данные о всех возможных реализациях внутренней структуры системы. Это как бы лист непроявленной фотобумаги, который, тем не менее, содержит вполне определенный набор потенциальных изображений, вся исходная информация там уже содержится (как и голограмме, согласно голографической модели Д. Бома)
В квантовой теории любая замкнутая система находится в нелокальном (непроявленном) состоянии из-за того, что нет внешнего окружения, некому осуществить редукцию. Это нематериальное состояние, о котором можно говорить в терминах квантовой информации, назвав его чистой информацией. А описать его в материальных терминах типа «совокупность большого числа элементарных частиц, физических полей» и т. п. невозможно, поскольку ничего этого просто не существует: это пустота, нелокальное состояние. О религиозно-философских выводах из этого свойства нелокальности расскажу подробно в следующих постах.
Может возникнуть вопрос: а как же законы сохранения массы, энергии и т. д., которые все мы изучали в школе? Как известно, законы сохранения справедливы для замкнутых систем. А в квантовой теории замкнутая система - это чистая квантовая информация. Поэтому все сводится к сохранению такой первичной информации. По сути дела, все, чем занимается физика квантовой информации, - это изучение законов, по которым квантовая информация проявляется в локальных дискретных формах материального мира (декогеренция), и обратного процесса растворения локальных форм, их перехода в нелокальное суперпозиционное состояние (рекогеренция). Квантовая теория, по сравнению с классической физикой, рассматривает более широкий круг явлений и процессов в окружающей реальности на самом фундаментальном уровне. Материальный мир с его законами сохранения - лишь небольшая часть совокупной Квантовой Реальности, и, соответственно, сфера применения законов сохранения материи, с точки зрения квантовой теории, ограничена классической реальностью.