100 знаменитых загадок природы

А дальше тему развил один из основоположников квантовой физики австрийский ученый Эрвин Шредингер. Размышляя о странностях поведения частиц, в 1935 году он поставил мысленный эксперимент, названный вскоре «парадоксом кошки Шредингера». «Допустим, – заявил ученый, – в закрытом ящике находится кошка. Там же есть счетчик Гейгера, баллончик с ядовитым газом и радиоактивная частица. Если последняя проявит себя как корпускула, счетчик радиоактивности сработает, включит баллончик с газом, и кошка умрет. Если частица поведет себя как волна, счетчик не среагирует, и животное, соответственно, останется в живых. Что можно сказать о кошке, глядя на закрытый ящик?» С точки зрения любого нормального человека, несчастное создание, запертое в ящике, либо живо, либо мертво, однако законы квантовой физики предполагают, что кошка и жива и мертва одновременно с вероятностью 0,5. И такое ее странное состояние будет продолжаться до тех пор, пока какой-нибудь наблюдатель не снимет эту неопределенность, заглянув в ящик. Шредингер и сам был не рад, когда запустил в оборот такую абстракцию, ведь логически получается, что для данной точки отсчета человек может быть наполовину жив, наполовину мертв, или наполовину здесь, наполовину там?..

Переполох в ученом мире поднялся нешуточный, однако вскоре специалисты сошлись на том, что законы микромира не стоит переносить на макромир, и закрыли тему. Однако наш современник физик Дэвид Ричард из Массачусетсского университета показал, что квантовая физика распространяется не только на элементарные частицы, но и на молекулы, принадлежащие уже макромиру. Затем Кристофер Монро из Института стандартов и технологий США экспериментально показал реальность «парадокса кошки Шредингера» на атомном уровне. Опыт выглядел следующим образом: ученые взяли атом гелия и мощным лазерным импульсом оторвали у него один из двух электронов. Получившийся ион гелия обездвижили, понизив его температуру почти до абсолютного нуля. У оставшегося на орбите электрона существовало две возможности – либо вращаться по часовой стрелке, либо против. Но физики лишили частицу выбора, затормозив ее все тем же лучом лазера. Тут-то и произошло невероятное событие. Атом гелия раздвоился, реализовав себя сразу в обоих состояниях: в одном электрон крутился по часовой стрелке, в другом – против часовой… И хотя расстояние между этими объектами было всего 83 нанометра (и в школьный микроскоп не разглядишь), но на интерференционной картине отчетливо просматривали следы обоих атомов. Это был реальный физический эквивалент «кошки Шредингера», которая и жива, и мертва одновременно.

Следующий прорыв в области телепортации был сделан в 2001 году Юджином Польциком и его коллегами в Орхусском университете Дании. Датским ученым удалось связать частицы газов, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, передавая информацию от одной к другой при помощи лазера. Так называемая «квантовая связь» между двумя облаками газа была достигнута. Им удалось связать около миллиона атомов цезия – предыдущим рекордом было всего четыре. По завершении исследований станет возможным воспроизводить набор квантовых на расстоянии. Еще лет пять назад поговаривали о возможности кодирования сообщений фотонами и пересылке их из одного места в другое без необходимости пересылать сами частицы и создания сверхбыстрых по сегодняшним меркам компьютеров.

Но для среднего человека все это выглядело не более чем научными изысканиями. А потом наступил день, который, видимо, в будущем впишут золотыми чернилами в историю квантовой физики. 21 апреля 2004 года в Австрии была осуществлена первая коммерческая транзакция с применением квантовой криптографии. Профессор Антон Цайлингер из Венского университета перевел 3 тысячи евро, полученных от мэра, из ратуши в ближайшее отделение банка по оптическому волокну с кодом, упакованным в квантовое состояние фотона. Это наиболее защищенный из всех возможных способов передачи информации. Ключ кода произведен в банке на кристалле, преобразующем фотоны лазера в пары «спутанных» фотонов. Один фотон каждой пары оставался в банке, другой отсылался в ратушу. Измерив поляризацию фотонов, можно разделить их на две линии, по аналогии с двоичной системой компьютеров, и использовать эти линии в качестве ключа.

Однако все же мечтам людей никогда никуда не опаздывать в ближайшее время осуществиться не дано. Увы, но квантовая телепортация непригодна для того, чтобы переносить живое из одного места в другое. Прежде всего, процесс обработки данных и их расшифровки занимает неизмеримо больше времени, чем тысячные доли секунды, которые сохраняют связь между точкой сборки и точкой разборки даже в лучших экспериментах. По этой причине вероятность того, что копия будет подобна оригиналу, падает до слишком рискованных для живых существ величин. Так что пока нам действительно остается только завидовать героям фантастических романов…

ТАИНСТВЕННОЕ ЦАРСТВО МНЕМОЗИНЫ, ИЛИ ЗАГАДКИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ПАМЯТИ