Будущий выбор, кажется, может влиять на результаты измерений, выполненных ранее

Группа физиков, возглавляемая сотрудником Тель-Авивского университета Якиром Аароновым, предложила мысленный квантовомеханический опыт, в котором будущий выбор экспериментатора влияет на результаты измерений, выполненных ранее.

Г-н Ааронов, один из авторитетнейших современных теоретиков, опубликовал свою наиболее известную работу — предсказание эффекта Ааронова — Бома, позднее зарегистрированного на практике, — в 1959 году. Менее известна (хотя и не менее важна) сформулированная им и его коллегами концепция «слабых» измерений, которые дают возможность получить частичную информацию о квантовом состоянии системы, не разрушая это состояние. Подобные измерения не противоречат основным принципам квантовой механики, но позволяют выполнять действительно уникальные эксперименты.

Известно, к примеру, что принцип неопределённости Гейзенберга делает понятие реальной траектории квантовой частицы бессмысленным, поскольку её положение и импульс одновременно и точно не определяются. Экспериментатор, однако, может отыскать набор усреднённых траекторий для какого-то ансамбля частиц, и помогут ему в этом именно «слабые» измерения. В прошлом году мы рассказывали о таком опыте, авторы которого направляли одиночные фотоны на двухщелевой интерферометр и реконструировали их усреднённые траектории по данным многочисленных «слабых» измерений импульса, группируемых согласно результатам традиционных «сильных» измерений координат частиц в плоскостях, которые расположены на разных расстояниях от источника квантов света.

Идея «слабых» измерений была высказана Якиром Аароновым и его соавторами после того, как они нашли оригинальный способ описания квантовой механики. Любую систему в заданный момент времени израильские физики решили характеризовать двумя квантовыми состояниями, одно из которых эволюционирует из прошлого в будущее и определяется полным измерением, проведённым над системой ранее, а второе развивается в обратном временнóм направлении и задаётся результатами будущего измерения. Этот интересный формализм совместим практически со всеми существующими интерпретациями квантовой механики, но особенно хорошо сочетается с многомировым подходом.

Якир Ааронов объясняет, как можно охарактеризовать систему с помощью двух квантовых состояний, эволюционирующих в противоположных временных направлениях. (Фото Micha Bar Am / Magnum Photos.)

Стремясь обосновать свою точку зрения, израильтяне составили описание мысленного эксперимента, в котором будущее должно, так сказать, влиять на прошлые события.

Методика нового опыта, основанного на манипуляциях с достаточно большим количеством пар запутанных частиц, проста. Утром первый наблюдатель (Алиса) должен выполнить девять «слабых» измерений спина (по три для трёх разных ориентаций) над каждой частицей и зафиксировать на бумаге все данные, отмечая номер измерения, номер пары и номер частицы в паре. Вечером второй наблюдатель (Боб), который ничего не знает о результатах Алисы, проводит одно стандартное «сильное» измерение над каждой частицей, причём ориентации спина он выбирает самостоятельно. Затем Боб отсылает Алисе собранную информацию, обозначая и ориентации спина, и полученные значения «вверх» и «вниз» неизвестными ей символами.

Согласно расчётам г-на Ааронова, Алиса, используя всю совокупность скопившихся у неё данных, может установить, что «слабые» измерения «предугадывают», какую ориентацию спина для «сильных» измерений экспериментатор выберет в будущем. При этом узнать, чтó именно «предугадывали» результаты «слабых» измерений, можно только тогда, когда выбор уже сделан. Другими словами, необычная временнáя связь не приводит к парадоксам причинности, на примере которых обычно показывают фантастичность путешествий во времени.

По словам авторов, мысленный эксперимент заинтересовал специалистов по квантовой оптике, уже размышляющих над тем, как его можно реализовать на практике.

Подготовлено по материалам arXiv.