Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности - Брайан Грин

(*) "Поскольку телепортация начинается с чего-то, находящегося здесь, и пытается сделать так, чтобы оно появилось в удаленном месте, в этой секции я часто буду говорить, как если бы частицы имели определенные положения. Чтобы быть более точным, я всегда должен говорить "начиная с частицы, которая имеет высокую вероятность находиться здесь" или "начиная с частицы, которая имеет 99 процентов шансов находиться здесь" с аналогичным языком, используемым, когда частица телепортирована, но для целей краткости я использую неточный язык."

Более настоятельная вещь, и одна из тех, которые философы пристально рассматривали в различных формах, заключается в том, будет ли то, что верно для индивидуальной частицы, верным для агломерата частиц. Если вы можете телепортировать из одного положения в другое каждую отдельную частицу, которая составляет ваш ДеЛорен (марка суперавтомобиля, известного, в частности, по фильму "Назад в будущее"), обеспечив, что квантовое состояние каждой, включая взаимоотношения со всеми другими, будет воспроизведено со 100% правильностью, будете ли вы успешны в телепортации автомобиля? Хотя мы не имеем эмпирических доказательств, которые могли бы направлять нас, теоретические доводы в поддержку того, что автомобиль телепортируется, сильны. Атомное и молекулярное расположение определяет, как объект выглядит и ощущается, звучит и пахнет, и даже каков на вкус, так что результирующий автомобиль должен быть идентичен оригинальному ДеЛорену – выпуклости, щели, скрипучая левая дверь-крыло, запах плесени от семейной собаки, все целиком – и автомобиль должен резко брать с места и реагировать на ножную педаль газа в точности так же, как это делал оригинал. Вопрос о том, является ли автомобиль на самом деле оригиналом или, вместо этого, точным дубликатом, не беспокоит. Если вы попросите Соединенные Квантовые Транспортные Линии погрузить ваш автомобиль на корабль и отправить из Нью-Йорка в Лондон, но они без вашего ведома телепортируют его описанные способом, вы никогда не узнаете отличия, – даже в принципе.

Но что если транспортная компания сделает то же самое с вашим котом или, пресытившись самолетной гастрономией, что если вы решитесь на телепортацию для вашего собственного трансатлантического путешествия? Будет ли кот или персона, которая вышла из приемной камеры, той же самой, которая вступила в телепортатор? Что касается меня, я так и думаю. Еще раз, поскольку мы не имеем существенных данных, лучшее, что я или кто-либо может сделать, это рассуждать. Но, по моему образу мыслей, живое существо, чьи составляющие атомы и молекулы находятся точно в том же квантовом состоянии, как и мои, есть я. Даже если "оригинал" меня все еще существует после того, как было сделано "копирование", я (мы) буду говорить без колебаний, что каждый есть я. Мы имели бы одинаковое мнение – буквально – в утверждении, что никто не будет иметь приоритета перед другим. Мысли, воспоминания, эмоции и рассудительность имеют физическую основу в свойствах атомов и молекул человеческого тела; идентичные квантовые состояния этих элементарных составляющих влекут за собой идентичное самосознание. Со временем наши жизненные опыты приведут нас к дифференциации, но я действительно верю, что впредь будет два меня, а не оригинал, который был бы как-то "настоящим" мной, и копия, которая как-то не была бы.

Фактически, я сознательно немного неточен. Наше физическое строение все время проходит через огромное количество трансформаций – некоторых незначительных, некоторых радикальных, – но мы остаемся той же самой персоной. От американского производителя мороженого Haagen-Dazs, который наводнил кровоток жиром и сахаром, до технологии магниторезонансного сканирования (MRI), которая для составления трехмерных карт опухолей и метастазов переворачивает спиновые оси различных атомных ядер в мозгу, до сердечных трансплантантов и липосакции, до триллионов атомов в среднем человеческом теле, которые заменяются каждую миллионную долю секунды, мы подвержены постоянным изменениям, однако наша персональная идентичность остается не затронутой. Так что, даже если телепортируемый не будет обладать моим физическим состоянием с совершенной точностью, он все равно будет полностью неотличим от меня. В моей книге он все равно будет мной.

Конечно, если вы верите, что в жизни, и, особенно, в сознательной жизни, имеется что-то большее, чем ее физическое строение, ваши стандарты для успешной телепортации будут более строгими, чем мои. Эта сложная проблема – до какой степени наша персональная идентичность связана с нашей физической? – дебатируется годы в различных видах и остается без ответа, который бы удовлетворил каждого. В то время как я верю, что идентичность целиком находится в физической области, другие не согласны, и никто не может предъявить окончательный ответ.

Но, безотносительно к вашей точке зрения на гипотетический вопрос о телепортации живого, ученые сейчас установили, что благодаря чудесам квантовой механики индивидуальные частицы могут быть – и были – телепортированы.

Посмотрим, каким образом.

Квантовое запутывание и квантовая телепортация

В 1997 группа физиков под руководством Антона Зейлингера, тогда работавшего в Университете Инсбрука, и другая группа под руководством А. Франческо Де Мартини из Университета Рима, каждая в отдельности[2] провели первую успешную телепортацию отдельного фотона. В обоих экспериментах начальный фотон в особом квантовом состоянии был телепортирован на короткую дистанцию через лабораторию, но имеются все основания ожидать, что процедура будет аналогично работать на любой дистанции. Каждая группа использовала технику, основанную на теоретическом результате, сообщенном в 1993 командой физиков – Чарльзом Беннетом из Ватсоновского Исследовательского Центра IBM; Жилем Брассаром, Клодом Крепо и Ричардом Джозой из Университета Монреаля; израильским физиком Ашером Пересом и Вильямом Вуттерсом из Вильямсовского Колледжа, – которые полагались на квантовое запутывание (Глава 4).

Вспомним, что две запутанные частицы, скажем два фотона, имеют странное и тесное взаимодействие. В то время как каждая имеет только определенную вероятность крутиться (иметь определенный спин) тем или иным образом, и в то время как каждая, будучи измеренной, кажется "выбирает" хаотически между различными возможностями, какой бы "выбор" ни сделала одна, другая немедленно делает то же самое, безотносительно к их пространственному разделению. В Главе 4 мы объясняли, что не имеется способа, чтобы использовать запутанные частицы для передачи сообщения от одного места к другому быстрее скорости света. Если непрерывный ряд запутанных фотонов будет измерен в каждом из сильно удаленных мест, данные, собранные в обоих детекторах будут хаотической последовательностью результатов (с общей частотой появления того или иного направления спина, соответствующей вероятностной волне частиц). Запутывание становится очевидным только при сравнении двух списков результатов, и оказывается, как ни удивительно, что они идентичны. Но это сравнение требует некоторого вида ординарной, более медленной, чем скорость света, коммуникации. А поскольку до сравнения не может быть обнаружено никаких следов запутывания, не может быть послан сигнал, более быстрый, чем скорость света.

Тем не менее, даже если запутывание не может быть использовано для сверхсветовых коммуникаций, кое-что может помочь почувствовать, что дальнодействующие корреляции между частицами являются столь причудливыми, что они применимы для кое-чего экстраординарного. В 1993 Беннет и его соратники открыли одну такую возможность. Они показали, что квантовое запутывание может быть использовано для квантовой телепортации. Вы не можете послать сообщение со скоростью больше световой, но если вы будете устраивать более медленную, чем свет, телепортацию частицы отсюда туда, запутывание будет билетом.

Обоснование, стоящее за таким заключением, хотя и математически честное, является хитроумным и изобретательным. Здесь приводятся особенности его проведения. Представим, что я хочу телепортировать отдельный фотон, который я называю Фотоном А, из моего дома в Нью-Йорке к моему другу Николасу в Лондон. Для простоты рассмотрим, как я телепортирую точное квантовое состояние спина фотона – это значит, как я обеспечиваю, что Николас получит фотон, чья вероятность определенного значения спина тем или иным образом будет идентична Фотону А.

Я не могу непосредственно измерить спин Фотона А, позвонить Николасу, чтобы он провел манипуляции с фотоном на его стороне, так что его спин соответствовал бы моему наблюдению; результат, который я получаю, будет подвержен влиянию наблюдения, которое я провожу, так что правильное состояние Фотона А перед моим наблюдением не будет отражено. Так что я могу сделать? Ну, согласно Беннету и его коллегам, первый этап заключается в том, чтобы гарантировать, что Николас и я, каждый имеем по одному из двух дополнительных фотонов, назовем их Фотоны В и С, которые запутаны. Как мы станем обладателями этих фотонов, не особенно важно. Только допустим, что Николас и я убеждены, что даже если мы находимся по разные стороны Атлантики, если я измеряю спин Фотона В относительно заданной оси и он делает то же самое для Фотона С, мы найдем в точности одинаковый результат.