Katya Kalashnikova (ketiiiiiiii) wrote,
Katya Kalashnikova
ketiiiiiiii

Бог играет в кости. Эйнштейн ошибался

Источник

Девятого мая в журнале Nature была опубликована статья с результатами масштабного научного эксперимента, проведенного коллаборацией ученых Big Bell Test. Более ста физиков в 12 лабораториях, расположенных на пяти континентах, с помощью мощных лазеров, сверхпроводящих магнитов, алгоритмов машинного обучения, онлайн-игры и 100 тысяч добровольцев доказали, что квантовая механика – а значит, опосредованно и вся наша реальность – зиждется на элементе настоящей случайности.




Одним из самых фундаментальных научных противостояний первой половины XX века был спор между сторонниками теории относительности и разработчиками теории квантовой механики. Альберт Эйнштейн поставил во главу всего абсолютность скорости света, быстрее которой не может быть ничего во Вселенной. Он придерживался локального реализма, включающего в себя: 1) принцип локальности – на объект влияют только близко расположенные к нему другие объекты; 2) предположение, что объекты обладают врожденными объективными свойствами еще до того, как мы начинаем измерять их («Луна существует и тогда, когда мы на нее не смотрим», – говорил он).

Открытие квантовой запутанности перечеркнуло все эти убеждения. Это явление предполагает, что две частицы, находящиеся в квантовой взаимозависимости, могут мгновенно взаимно менять состояние, даже если разнесены на любое возможное расстояние – хоть в разные концы Галактики. Измерив свойства одной частицы, можно с полной уверенностью предсказать изменение свойств другой. При этом взаимодействие действительно происходит моментально – быстрее скорости света. Кроме того, квантовая физика вводит в игру эффект наблюдателя: до начала измерений свойства объекта не определены, а лишь находятся в диапазоне вероятностей. Причем то, каким в итоге окажется результат квантового измерения, – по-настоящему случайно.

Эйнштейн, несогласный с этим, считал, что квантовую запутанность (которую он слегка уничижительно называл «призрачное дальнодействие») должны предопределять какие-то неизвестные пока науке принципы и скрытые переменные. «Бог не играет в кости», – отстаивая детерминизм, писал неоднократно Эйнштейн своему главному оппоненту, патриарху квантовой механики Нильсу Бору.

Теорема Белла
В 1960-х физик Джон Белл предложил способ экспериментально проверить, могут ли лежать в основе квантовой запутанности «скрытые переменные», о которых говорил Эйнштейн. Для этого нужно провести огромный массив квантовых измерений, каждый раз случайным образом меняя какой-либо из параметров эксперимента. Колоссальный объем статистических данных должен выявить хотя бы минимальную корреляцию между результатами измерений и параметрами, от которых они могли бы зависеть.


С развитием технологий тест ⁠Белла проводился неоднократно – и каждый раз стопроцентно подтверждал правоту квантовой ⁠механики, ни разу никакого намека ⁠на скрытые ⁠переменные обнаружить не удавалось. Однако у сторонников ⁠локального реализма оставалось последнее возражение: а насколько по-настоящему ⁠случаен выбор того, как меняются параметры эксперимента? Сам Белл признавал «лазейку» в своей теории. Для того чтобы варьировать входные данные, сейчас обычно используют квантовые генераторы случайных чисел, которые, , всего лишь выражают связь между различными физическими процессами. Таким образом, формально нельзя исключить, что «неслучайность», связанная со скрытыми переменными, может быть зашита в них изначально.

Ученые даже использовали свет далеких звезд в качестве генератора случайных чисел, однако скептиков и это не убедило. Исследователи из Big Bell Test решили прибегнуть к последнему аргументу – человеческой свободной воле.

«Удивительно, что спор Бора и Эйнштейна, начавшийся 90 лет назад, по-прежнему сохраняет философский и человеческий элемент. Большие машины и детекторы помогли нам открыть бозон Хиггса, однако мы можем проверить локальный реализм только в том случае, если мы сами примем участие в опытах. Только так можно заставить Вселенную вести себя честно», – цитирует РИА Новости руководителя Big Bell Test Моргана Митчелла.

Обмани оракула
В Big Bell Test разработали онлайн-игру, доступную на разных платформах, в которой пользователи должны создавать максимально длинные случайные последовательности из нулей и единиц. Противостоит им алгоритм машинного обучения – Оракул, который следит за тем, чтобы последовательности не были слишком предсказуемыми. Программа постоянно подстраивается к вашему поведению и заставляет думать о том, как можно действовать более случайно, а также подгоняет по времени – что дает системе большое количество результатов. Несмотря на кажущуюся простоту, игра сделана очень качественно: она максимально задействует элементы вовлечения и соревновательности – Оракула действительно хочется обыгрывать и переходить на все новые уровни.


Благодаря распространению в социальных сетях игра стала по-настоящему популярна. Для целей эксперимента были использованы результаты 100 тысяч игроков. В течение 12-часового периода 30 ноября 2016 года, за который и проводились измерения, волонтеры генерировали поток данных в 1000 бит в секунду, создав 97 млн случайных бинарных чисел. «Люди непредсказуемы, а когда сидят в своих смартфонах – тем более», – отметил один из членов команды Big Bell Test Андрю Уайт. По мнению ученых, дополнительный удар по принципу локальности наносил тот факт, что волонтеры находились друг от друга на большом расстоянии, в разных часовых поясах. Максимальная случайность обеспечивалась тем, что игроки не знали, где и когда будут производиться измерения и будет ли задействован их вклад в принципе – для итоговых замеров использовалась только часть из огромного массива случайных чисел.

Результаты онлайн-игры были направлены в 12 лабораторий, расположенные на пяти континентах, для проведения 13 экспериментов. Квантовую запутанность тестировали на фотонах, отдельных атомах, группах атомов и на сверхпроводящих кубитах. Как и ожидалось, исследователи не нашли ни малейшего свидетельства присутствия «скрытых переменных» Эйнштейна. Вероятность того, что принцип локальности действует в нашей Вселенной, стремится к нулю. Локальный реализм в очередной раз проиграл квантовой механике.

При чем здесь свобода воли?
У эксперимента есть и философское преломление. В своих выводах физики Big Bell Test пишут: «Если свободная человеческая воля существует, значит, существуют и физические явления, которые в действительности случайны, их невозможно предсказать». Таким образом, у отчаянных сторонников Эйнштейна есть самый последний шанс поспорить – заявить, что никакой свободной воли нет и все события во Вселенной от начала и до конца предопределены.


Впрочем, считают ученые, такие размышления стоит скорее относить к ведомству чистой метафизики – спорить с ними сложно. Так, профессор MIT Дэвид Кайзер – автор эксперимента с использованием света звезд в качестве генератора случайных чисел, указывает: если считать, что свободы воли не существует, то мы должны признать наличие некой невидимой силы, которая влияет как на поведение тысяч участников онлайн-игры, так и на результаты измерений различных частиц в различных лабораториях, раскинутых по всему миру. Прикидывая шансы, ученый отдает предпочтение квантовой механике.

Так или иначе, если отбросить сложные метафизические споры (великий физик Ричард Фейнман говорил: «Я могу смело утверждать: никто не понимает квантовую механику»), нельзя не отметить социальную ценность эксперимента – в основе проверки фундаментальных законов природы лежал краудсорсинг. «Я получил особенное удовольствие от того, что мы вовлекли в наш эксперимент такое количество людей. Здорово, что они получили возможность повлиять на то, как прошло наше исследование», – сказал один из участников Big Bell Test Джеф Прайд.
Subscribe
promo ketiiiiiiii april 20, 2013 09:54 8
Buy for 100 tokens
Скайп-школа "GLASHA" приглашает на дистанционные уроки развития разговорных навыков с преподавателями из стран англосферы.
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments