С.И. Доронин

(Получена 3 мая 2004; исправлена 12 мая 2004; опубликована 15 мая 2004)

В статье анализируются научные результаты, полученные квантовой механикой за последние годы. Этот период характеризуется значительным расширением области применения квантовой теории и переходом ее непосредственно в сферу практического применения. Значительные успехи обусловлены развитием прикладных направлений квантовой механики: теории декогеренции, теории запутанных состояний, квантовой теории информации. Поскольку квантовомеханическое описание является на данный момент наиболее полным из всех других известных описаний физической реальности, выводы, полученные на его основе, имеют фундаментальное значение и формируют современную концепцию естествознания в целом.

Введение.
Последние достижения квантовой теории

Не так давно, 14 декабря 2000 г., научный мир отметил 100-летний юбилей квантовой механики. Событие это осталось практически незамеченным. Между тем, историческая дата 14 декабря 1900 г., когда на заседании Берлинского физического общества Макс Планк впервые произнес слово “квант”, имеет все основания стать одним из самых значительных событий в истории человечества. С этого дня начинается отсчет того кардинального переворота в научной мысли, который к настоящему времени привел к качественно новым фундаментальным научным достижениям квантовой теории. В результате, к настоящему времени оказалась заложенной основа тем грядущим масштабным и глубоким изменениям во всех сферах общества, которые ожидают нас в недалеком будущем.

Эти неординарные научные достижения были вызваны тем, что в последнее время произошел стремительный переход квантовой механики непосредственно в сферу практического применения. Прежде всего, это касается такого перспективного для практических приложений квантового ресурса, как “запутанные состояния” (entangled states).

Запутанность есть особая квантовая форма корреляций составных систем, не имеющая классического аналога. Она возникает в системе, состоящей из двух и более взаимодействующих подсистем (или взаимодействовавших ранее, а затем разделенных), и представляет собой суперпозицию альтернативных (взаимоисключающих с классической точки зрения) состояний, которая не может быть реализована в классической физике. Для таких систем флуктуации отдельных частей взаимосвязаны, но не посредством обычных взаимодействий путем обмена энергией (классических корреляций), ограниченных, например, скоростью света, а посредством нелокальных квантовых корреляций, когда изменение одной части системы в тот же самый момент времени сказывается на остальных ее частях (даже разделенных в пространстве, в пределе и на бесконечно больших расстояниях).

Математически это выражается в том, что вектор состояния системы, как единого целого, не может быть представлен в виде произведения (тензорного) векторов состояния своих подсистем. В этом случае невозможно разделить систему на локальные объекты и сказать, что вот это – один объект, а вот это – другой. Всегда есть некоторая часть системы, которая принадлежит обоим объектам в равной степени. Подсистемы переплетены, запутаны между собой подобно сиамским близнецам, и составляют единое целое, пусть даже в какой-то незначительной своей части. Описание таких систем в рамках “локальной объективной теории”, которая предполагает наличие независимых объектов, становится невозможным. Точнее, классическую физику можно рассматривать как некоторое приближение при описании физической реальности, когда квантовые корреляции незначительны по сравнению с теми классическими корреляциями, на которых мы останавливаем свое внимание, т.е. на тех физических характеристиках системы, которые характеризуют локальный объект. Например, если взять сиамских близнецов, классическая физика будет способна описать характеристики каждого из близнецов по отдельности и такое описание будет в чем-то достаточно разумным. Но при таком описании невозможно будет учесть самого главного, что такие близнецы неразрывно связаны друг с другом, пусть даже самым незначительным участком своего тела, и не могут, например, перемещаться независимо друг от друга. Хотя, согласно классическому описанию, ничто не запрещает им находиться в разных комнатах. Согласитесь, ценность такого описания сразу резко падает. В отличие от этого, квантовая механика может описать объект и как единое целое, и как отдельные локальные его части. Классическое описание становится при этом частным случаем квантовомеханического описания, когда мы преднамеренно пренебрегаем отдельными свойствами всей системы, как единого целого. При таком подходе мы уже будем понимать, с какой целью и для чего мы используем классический подход, не забывая о границах его применимости, и не будем легкомысленно утверждать, что такое описание дает нам исчерпывающую информацию об объекте.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Запись оставлена Воскресенье, Июль 15th, 2012 в 8:47 пп в категории Естествознание. Вы можете следить за комментариями по RSS 2.0 комментариям. Комментарии и пинги закрыты, извините.

Комментарии закрыты.