Teleportacija – realybė: už mokslinės fantastikos

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Mokslinės fantastikos filmų herojams teleportacija yra įprastas dalykas. Vienas mygtuko paspaudimas – ir jie ištirpsta ore, kad per porą sekundžių atsidurtų už šimtų ir tūkstančių kilometrų: kitoje šalyje ar net kitoje planetoje.

Ar tikrai toks judėjimas įmanomas, ar teleportacija amžinai liks rašytojų ir scenaristų svajone? Ar šioje srityje atliekami kokie nors tyrimai – ar net šiek tiek priartėjome prie fantastinių veiksmo filmų herojams taip pažįstamos technologijos diegimo?

Trumpas atsakymas į šį klausimą – taip, eksperimentai vyksta ir labai aktyviai. Be to, mokslininkai nuolat publikuoja straipsnius moksliniuose žurnaluose apie sėkmingus kvantinės teleportacijos eksperimentus – į vis didesnius ir didesnius atstumus.

Ir nors daugelis žinomų fizikų abejoja, ar kada nors sugebėsime teleportuoti žmones, kai kurie ekspertai nusiteikę kur kas optimistiškiau ir tikina, kad po kelių dešimtmečių teleportacija taps realybe.

Melas, gandai ir istorijos

Pirmiausia išsiaiškinkime, apie ką tiksliai kalbame. Teleportacija reiškia momentinį objektų judėjimą bet kokiu atstumu, idealiu atveju greičiau nei šviesos greitis.

Patį žodį 1931 metais išrado amerikiečių publicistas Charlesas Fortas, mėgęs tyrinėti paranormalius dalykus. Pagal analogiją su „televizija“, kilusia iš graikų τῆλε („toli“) ir lotyniško vaizdo („matyti“), savo knygoje „Dangaus ugnikalniai“jis išrado terminą, apibūdinantį nepaaiškinamus objektų judėjimus erdvėje. Lotynų kalba „porto“reiškia „nešti“) …

Šioje knygoje aš pirmiausia žiūriu į įrodymus, kad egzistuoja tam tikra perdavimo jėga, kurią aš vadinu teleportacija. Būsiu apkaltintas atviro melo, gandų, pasakų, apgaulės ir prietarų sujungimu. Tam tikra prasme aš taip manau. aš pats. Ir tam tikra prasme ne. Aš tik pateikiu duomenis“, – rašo Fortas.

Apie tokius judėjimus sklando tikrai daug mitų – pavyzdžiui, plačiai paplitusi legenda apie 1943-iųjų Filadelfijos eksperimentą, kurio metu amerikiečių minininkas Eldridge neva buvo nuteleportuotas 320 km.

Tačiau praktiškai visos tokios istorijos pasirodo esąs ne kas kita, kaip sąmokslo teoretikų spėlionės, pagal kurias valdžia slepia nuo plačiosios visuomenės bet kokius teleportacijos atvejų įrodymus kaip karinę paslaptį.

Tiesą sakant, yra atvirkščiai: bet kokie pasiekimai šioje srityje yra plačiai aptariami mokslo bendruomenėje. Pavyzdžiui, vos prieš savaitę amerikiečių mokslininkai prabilo apie naują sėkmingą kvantinės teleportacijos eksperimentą.

Nuo miesto legendų ir fantastinės literatūros pereikime prie griežto mokslo.

„Iš taško A į tašką B…“

Tikros, o ne išgalvotos teleportacijos istorija prasidėjo 1993 m., kai amerikiečių fizikas Charlesas Bennettas matematiškai – naudodamas formules – įrodė teorinę momentinių kvantinių poslinkių galimybę.

Žinoma, tai buvo grynai teoriniai skaičiavimai: abstrakčios lygtys, neturinčios praktinio pritaikymo. Tačiau tokiu pat būdu – matematiškai – jau buvo aptiktos, pavyzdžiui, juodosios skylės, gravitacinės bangos ir kiti reiškiniai, kurių egzistavimas eksperimentiškai buvo patvirtintas daug vėliau.

Taigi Bennetto skaičiavimai tapo tikra sensacija. Mokslininkai pradėjo aktyviai vykdyti tyrimus šia kryptimi – ir per kelerius metus buvo atliktas pirmasis sėkmingas kvantinės teleportacijos eksperimentas.

Čia reikia pabrėžti, kad kalbame apie kvantinę teleportaciją, ir tai nėra visiškai tas pats, ką esame įpratę matyti mokslinės fantastikos filmuose. Iš vienos vietos į kitą perduodamas ne pats materialus objektas (pavyzdžiui, fotonas ar atomas – juk viskas susideda iš atomų), o informacija apie jo kvantinę būseną. Tačiau teoriškai to pakanka, kad originalus objektas būtų „atkurtas“naujoje vietoje, gavus tikslią jo kopiją. Be to, tokie eksperimentai jau sėkmingai atliekami laboratorijose – bet apie tai plačiau žemiau.

Pasaulyje, prie kurio esame įpratę, šią technologiją lengviausia palyginti su kopijavimo aparatu ar faksu: siunčiate ne patį dokumentą, o informaciją apie jį elektronine forma – bet dėl to gavėjas turi tikslią kopiją. Su esminiu skirtumu, kad teleportacijos atveju sunaikinamas pats atsiųstas materialus objektas, tai yra išnyksta – ir lieka tik kopija.

Pabandykime išsiaiškinti, kaip tai vyksta.

Ar Dievas žaidžia kauliukais?

Ar girdėjote apie Schrödingerio katę – tą, kuri sėdi dėžėje nei gyva, nei negyva? Šią originalią metaforą sugalvojo austrų fizikas Erwinas Schrödingeris, norėdamas apibūdinti paslaptingą elementariųjų dalelių savybę – superpoziciją. Faktas yra tas, kad kvantinės dalelės vienu metu gali būti keliose būsenose, kurias pasaulyje esame įpratę visiškai atskirti viena kitą. Pavyzdžiui, elektronas sukasi ne aplink atomo branduolį, kaip manėme, bet yra vienu metu visuose orbitos taškuose (su skirtingomis tikimybėmis).

Kol neatidarėme katės dėžės, tai yra, nematavome dalelės charakteristikų (mūsų pavyzdyje nenustatėme tikslios elektrono vietos), ten sėdinti katė nėra tik gyva ar negyva – tai tiek gyvas ir miręs vienu metu. Tačiau atidarius dėžutę, tai yra, matuojant, dalelė yra vienoje iš galimų būsenų – ir ji daugiau nesikeičia. Mūsų katė yra gyva arba mirusi.

Jei šiuo metu visiškai nustojote ką nors suprasti - nesijaudinkite, niekas to nesupranta. Kvantinės mechanikos prigimties genialiausi pasaulio fizikai nepaaiškino jau daugelį dešimtmečių.

Kvantinio susipynimo reiškinys naudojamas teleportacijai. Tai yra tada, kai dvi elementarios dalelės turi tą pačią kilmę ir yra viena nuo kitos priklausomos būsenos – kitaip tariant, tarp jų yra kažkoks nepaaiškinamas ryšys. Dėl šios priežasties įsipainiojusios dalelės gali „bendrauti“viena su kita, net būdamas didžiuliu atstumu viena nuo kitos. Ir kai žinote vienos dalelės būseną, galite visiškai tiksliai numatyti kitos.

Įsivaizduokite, kad turite du kauliukus, kurie visada sudaro septynis. Sukratei juos į stiklinę ir vieną kaulą metei už nugaros, o kitą prieš save ir uždengei delnu. Pakėlęs ranką pamatėte, kad išmetėte, tarkime, šešetą – ir dabar galite drąsiai teigti, kad antrasis kaulas už nugaros iškrito vienu aukštyn. Juk dviejų skaičių suma turi būti lygi septyniems.

Skamba neįtikėtinai, tiesa? Su kauliukais, prie kurių esame įpratę, toks skaičius nepasiteisins, tačiau įsipainiojusios dalelės elgiasi būtent taip – ir tik taip, nors šio reiškinio prigimtis taip pat nepaaiškina.

„Tai yra neįtikėtiniausias kvantinės mechanikos reiškinys, jo neįmanoma net suvokti“, – sako MIT profesorius Walteris Levinas, vienas gerbiamiausių fizikų pasaulyje. diržai! Galime pasakyti tik tiek, kad, matyt, taip veikia mūsų pasaulis. “

Tačiau tai visiškai nereiškia, kad šio paslaptingo reiškinio negalima panaudoti praktiškai – juk tai ne kartą patvirtina ir formulės, ir eksperimentai.

Praktinė teleportacija

Praktiniai teleportacijos eksperimentai prasidėjo maždaug prieš 10 metų Kanarų salose, vadovaujant austrų fizikui, Vienos universiteto profesoriui Antonui Zeilingeriui.

Palmos saloje esančioje laboratorijoje mokslininkai sukuria susipynusių fotonų porą (A ir B), o po to vienas iš jų lazerio spinduliu siunčiamas į kitą laboratoriją, esančią už 144 km esančioje kaimyninėje Tenerifės saloje. Be to, abi dalelės yra superpozicijos būsenoje – tai yra, mes dar „neatidarėme katės dėžės“.

Tada prie korpuso prijungiamas trečiasis fotonas (C) – tas, kurį reikia teleportuoti, ir jie verčia jį sąveikauti su viena iš įsipainiojusių dalelių. Tada fizikai išmatuoja šios sąveikos parametrus (A + C) ir gautą vertę perduoda į Tenerifės laboratoriją, kur yra antrasis įsipainiojęs fotonas (B).

Nepaaiškinamas ryšys tarp A ir B leis B paversti tikslia dalelės C kopija (A + C-B) – tarsi ji akimirksniu persikeltų iš vienos salos į kitą, neperžengdama vandenyno. Tai yra, ji teleportavosi.

„Mes tarsi išgauname informaciją, kurią neša originalas, ir sukuriame naują originalą kitur“, – aiškina Zeilingeris, tokiu būdu jau teleportavęs tūkstančius elementariųjų dalelių.

Ar tai reiškia, kad ateityje mokslininkai galės tokiu būdu teleportuoti bet kokius objektus ir net žmones – juk mes irgi susidedame iš tokių dalelių?

Teoriškai tai labai įmanoma. Jums tereikia sukurti pakankamai susipynusių porų ir neštis jas į skirtingas vietas, patalpinus į „teleportacijos kabinas“– tarkime, Londone ir Maskvoje. Įeini į trečią kabiną, kuri veikia kaip skaitytuvas: kompiuteris analizuoja tavo dalelių kvantinę būseną, lygindamas jas su įsipainiojusiomis, ir siunčia šią informaciją į kitą miestą. O ten vyksta priešingas procesas – ir iš susipynusių dalelių atkuriama tiksli jūsų kopija.

„Išspręstos esminės problemos“

Praktiškai viskas yra šiek tiek sudėtingesnė. Faktas yra tas, kad mūsų kūne yra apie 7 oktilijonai atomų (po septynių yra 27 nuliai, tai yra septyni milijardai milijardų milijardų) - tai daugiau nei žvaigždės stebimoje Visatos dalyje.

O juk reikia išanalizuoti ir aprašyti ne tik kiekvieną atskirą dalelę, bet ir visas jų tarpusavio sąsajas – juk naujoje vietoje jos turi būti surinktos idealiai teisinga tvarka.

Surinkti ir perduoti tokį informacijos kiekį beveik neįmanoma – bent jau esant dabartiniam technologijų išsivystymo lygiui. Kada pasirodys kompiuteriai, galintys apdoroti tokius duomenų kiekius, nežinoma. Dabar bet kuriuo atveju dirbama siekiant padidinti atstumą tarp laboratorijų, o ne teleportuojamų dalelių skaičių.

Štai kodėl daugelis mokslininkų mano, kad svajonė apie žmonių teleportaciją sunkiai įgyvendinama. Nors, pavyzdžiui, Niujorko koledžo profesorius ir žinomas mokslo populiarintojas Michio Kaku įsitikinęs, kad teleportacija taps realybe iki XXI amžiaus pabaigos – o gal net po 50 metų. Neįvardindami konkrečių datų, kai kurie kiti ekspertai apskritai jam pritaria.

"Tai yra technologijų tobulinimo, kokybės gerinimo klausimas. Tačiau sakyčiau, kad esminiai klausimai buvo išspręsti – ir tobulumui toliau ribų nėra", – sako Kopenhagos universiteto Nielso Bohro instituto profesorius Eugene'as Polzikas.

Tačiau pakeliui kyla daug kitų klausimų. Pavyzdžiui, ar dėl tokios teleportacijos gauta „mano kopija“bus tikrasis aš? Ar ji mąstys taip pat, turės tuos pačius prisiminimus? Juk, kaip minėta anksčiau, siunčiamos prekės originalas sunaikinamas dėl kvantinės analizės.

„Kvantinės teleportacijos atveju teleportuojamo objekto sunaikinimas yra absoliučiai būtinas ir neišvengiamas“, – patvirtina Edwardas Farhi, kuris 2004–2016 m. vadovavo MIT Teorinės fizikos centrui, o dabar dirba „Google“. pavirsti krūva neutronų, protonų ir elektronų. Jūs neatrodytumėte geriausiai.

Kita vertus, žvelgiant grynai materialistiniu požiūriu, mus lemia ne dalelės, iš kurių esame pagaminti, o jų būsena – ir ši informacija, mokslininkų teigimu, perduodama itin tiksliai.

Norėčiau tikėti, kad taip yra. Ir kad žmonijos svajonė apie teleportaciją netaptų realybe garsiajame siaubo filme, kur pagrindinis veikėjas nepastebėjo, kaip musė netyčia įskrido į jo teleportacijos kabiną…