ПУТЕШЕСТВИЕ СКВОЗЬ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

В озможно, я просто испытывал недостаток фантазии давно в 1960е, но что на самом деле поразило меня, как невероятное, был компьютер на борту Энтерпрайза из сериала "Звездный путь ". Моя восприимчивость времен начальной школы выдавала поэтическое разрешение на деформирующий пространство двигатель и на вселенную, населенную инопланетянами, говорящими на беглом английском. Но машина, которая могла – по запросу – немедленно показать картинку любого исторического персонажа, который когда-либо жил, дать техническую спецификацию для любой части оборудования, когда либо построенного, или обеспечить доступ к любой книге, когда-либо написанной? Это напрягало мои способности до отвергающего недоверия. В поздние 1960е этому ребенку было ясно, что никогда не может быть найден способ собрать, сохранить и подготовить доступ к такому богатству информации. Но, однако, менее чем через полстолетия я могу сидеть здесь на своей кухне с ноутбуком, беспроводным интернет-соединением и вызываемым голосом программным обеспечением и играть роль капитана Кирка, листая обширные хранилища знаний, – от основополагающих до легкомысленных, – не пошевелив и пальцем. Верно, скорость и эффективность компьютеров, изображенных в мире Звездного Пути двадцать третьего столетия, все еще вызывает зависть, но легко предугадать, что когда наступит та эра, наша технология превзойдет представленные ожидания.

Этот пример лишь один из многих, которые сделались штампом способностей научной фантастики предсказывать будущее. Но что может быть более манящим из всей массы приборов, чем те, в которых что-либо помещается в камеру, поворачивается переключатель и оно транспортируется в далекое место или иное время? Возможно ли, что мы однажды будем освобождены от скудного пространственного простора и временной эпохи, к которым мы были так долго привязаны, и узнаем самые удаленные сферы пространства и времени? Или это отличие между научной фантастикой и реальностью останется навсегда? Уже узнав о моей детской неспособности предвидеть информационную революцию, вы можете проверить мою способность предсказать будущие технологические прорывы. Итак, вместо того, чтобы рассуждать о вероятности того, что может быть, в этой главе я буду описывать, как далеко мы на самом деле зашли, как в теории, так и в практике, в направлении осуществления телепортаторов и машин времени, и что надо будет получить, чтобы идти дальше и добиться контроля над пространством и временем.

Телепортация в квантовом мире

В общепринятых описаниях научной фантастики телепортатор (или на сленге Звездного Пути, транспортер) сканирует объект, чтобы определить его детальное строение, и посылает информацию в удаленное место, где объект воссоздается. "Дематериализуется" ли сам объект, а его атомы и молекулы посылаются вдаль с шаблоном для обратной сборки их вместе, или используются атомы и молекулы, расположенные в точке приема, для выстраивания точной копии объекта, варьируется от одного фантастического воплощения к другому. Как мы увидим, научный подход к телепортации, разработанный в последнее десятилетие, ближе по духу к последней категории, и это вызывает два существенных вопроса. Первый является стандартной, но тяжелой философской головоломкой: Когда, если вообще когда-либо, точная копия должна быть идентифицирована, названа, рассмотрена или воспринята, как если бы она была оригиналом? Второй вопрос, является ли возможным, хотя бы в принципе, проверить объект и определить его строение с полной точностью, так, чтобы мы могли составить совершенный шаблон, по которому объект будет восстановлен?

Во вселенной, управляемой законами классической физики, ответ на второй вопрос должен быть – да. В принципе, атрибуты каждой частицы, составляющей объект, – идентичность, положение, скорость каждой частицы и так далее, – могут быть измерены с полной точностью, переданы в удаленное место и использованы как инструктивное руководство для воссоздания объекта. Сделать это для объекта, состоящего более чем из просто горстки элементарных частиц, должно быть до смешного за пределами досягаемости, но в классической вселенной преградой будет сложность, но не физика.

Во вселенной, управляемой законами квантовой физики – нашей вселенной – ситуация намного более тонкая. Мы узнали, что акт измерения выделяет один из мириадов потенциальных атрибутов объекта, чтобы избавиться от квантового тумана и получить определенную величину. Когда мы наблюдаем частицу, например, определенные свойства, которые мы видим, не отражают в общем случае туманную квантовую смесь атрибутов, которую она имеет в момент перед тем, как мы бросили взгляд.[203]Таким образом, если мы хотим скопировать объект, мы встанем перед лицом квантовой ловушки. Чтобы скопировать, мы должны произвести наблюдение, так мы узнаем, что копировать. Но акт наблюдения вызывает изменения, так что, если мы копируем то, что мы видим, мы не копируем то, что было перед тем, как мы посмотрели. Это наводит на мысль, что телепортация в квантовой вселенной недостижима не просто вследствие практических ограничений, возникающих из сложности, а вследствие фундаментальных ограничений, присущих квантовой физике. Тем не менее, как мы увидим в следующей секции, в начале 1990х международная ко физиков нашла оригинальный способ обойти это заключение.

Что касается первого вопроса, безотносительно к взаимоотношениям между копией и оригиналом, квантовая физика дает ответ, который и точный, и ободряющий. В соответствии с квантовой механикой каждый электрон во вселенной идентичен любому другому, так как все они имеют точно одинаковую массу, точно одинаковый электрический заряд, точно одинаковые свойства слабого и сильного ядерных взаимодействий и точно одинаковый полный спин. Более того, наше хорошо проверенное квантовомеханическое описание говорит, что этим исчерпываются атрибуты, которые электрон может иметь; электроны все одинаковы по отношению к своим свойствам, и больше не имеется свойств для рассмотрения. В том же смысле каждый up-кварк такой же, как и любой другой up-кварк, каждый down-кварк такой же, как и любой другой down-кварк, каждый фотон такой же, как и любой другой фотон, и так далее для всех других видов частиц. Как было обнаружено квантовыми практиками много десятилетий назад, частицы могут рассматриваться как самые мелкие из возможных пакетов поля (например, фотоны являются мельчайшими пакетами электромагнитного поля), и квантовые физики показали, что такие мельчайшие составляющие одного и того же поля всегда идентичны. (Или, в схеме теории струн, частицы одного вида имеют одинаковые свойства, поскольку они являются одинаковыми колебаниями единственного вида струн).

Что может отличаться у двух частиц одного вида, так это вероятности, что они находятся в различных положениях, вероятности, что их спины направлены в особых направлениях, и вероятности, что они имеют особые скорости и энергии. Или, как более лаконично говорят физики, две частицы могут иметь различные квантовые состояния. Но если две частицы одного вида находятся в одинаковом квантовом состоянии, – исключая, возможно, то, что одна частица имеет высокую вероятность быть здесь, а другая частица имеет высокую вероятность быть вон там, – законы квантовой механики гарантируют, что они неразличимы, не только на практике, но и в принципе. Они совершенные близнецы. Если кто-то поменяет положения частиц (более точно, поменяет вероятности того, что две частицы находятся в любом данном положении), то не будет никакого способа отличить это.

Таким образом, если мы представим, что в начале частица находится здесь,* и как-то поместим другую частицу того же вида в точно таком же квантовом состоянии (с той же вероятностью ориентации спина, энергией и так далее) в некоторое удаленное место, итоговая частица будет неотличима от оригинальной, и процесс будет в точности тем, что называется квантовой телепортацией. Конечно, если оригинальная частица сохраняется в процессе нетронутой, вы можете захотеть назвать процесс квантовым клонированием или, возможно, квантовым факсимильным копированием. Но, как мы увидим, научная реализация этих идей не защищает оригинальную частицу, – она неизбежно модифицируется во время процесса телепортации, – так что мы не столкнемся с этой таксономической дилеммой.

(*) "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[204]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.

Следующий этап, в соответствии с Беннетом и сотрудниками, не связан с прямым измерением Фотона А – фотона, который я надеюсь телепортировать, – поскольку это приведет к слишком резкому вмешательству. Вместо этого я должен измерить общее свойство Фотона А и запутанного Фотона В. Например, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно вертикальной оси без измерения их индивидуальных спинов. Аналогично, квантовая теория позволяет мне измерить, имеют ли Фотоны А и В одинаковый спин относительно горизонтальной оси без измерения их индивидуальных спинов. В результате такого объединенного измерения я не узнаю спина Фотона А, но я узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. И это важная информация.

Удаленный фотон С запутан с фотоном В, так что если я знаю, как Фотон А связан с Фотоном В, я могу вывести, как Фотон А связан с Фотоном С. Если я теперь сообщу по телефону эту информацию Николасу, передав ему, как состояние спина Фотона А связано с состоянием спина Фотона С, он сможет определить, что надо сделать с Фотоном С, чтобы его квантовое состояние стало соответствовать состоянию Фотона А. Как только он проведет необходимые манипуляции, квантовое состояние фотона, находящегося в его владении, будет идентичным состоянию Фотона А, а это все, что нам необходимо, чтобы объявить, что Фотон А был успешно телепортирован. В простейшем случае, например, если мое измерение обнаруживает, что спин Фотона В идентичен спину Фотона А, мы придем к заключению, что спин Фотона С также идентичен спину Фотона А и без дальнейших хлопот телепортация будет завершена. Фотон С будет в том же самом квантовом состоянии, как и Фотон А, как и хотелось.

Ну, почти. Имеется грубая идея, но для объяснения квантовой телепортации в виде управляемых этапов, я до настоящего момента оставлял без внимания абсолютно ключевой элемент истории, который я сейчас восполню. Когда я провожу совместное измерение Фотонов А и В, я на самом деле узнаю, как спин Фотона А связан со спином Фотона В. Но, как и во всех наблюдениях, само измерение влияет на фотоны. Следовательно, я не узнаю, как спин Фотона А был связан со спином Фотона В до измерения. Вместо этого я узнаю, как они связаны после того, как состояния обоих фотонов были нарушены актом измерения. Так что, с первого взгляда, мы, кажется, стоим перед лицом той же самой квантовой преграды для копирования Фотона А, которую я описал выше: перед неизбежным нарушением состояния, вызванным процессом измерения. Именно здесь Фотон С приходит на помощь. Поскольку Фотоны В и С запутаны, нарушение, которое я вызвал у Фотона В в Нью-Йорке, будет также отражено в состоянии Фотона С в Лондоне. Это удивительная природа квантового запутывания, как мы детально обдумывали в Главе 4. Фактически, Беннет и его соратники показали математически, что через запутывание с Фотоном В нарушение, вызванное моим измерением, отпечатывается на удаленном Фотоне С.

И это фантастически интересно. Через мое измерение мы можем узнать, как спин Фотона А связан со спином Фотона В, но с раздражающей проблемой, что состояния обоих фотонов нарушились моим вмешательством. Через запутывание, однако, Фотон С связывается с моим измерением, – даже если он удален на тысячи миль, – и это позволяет нам обособить влияние нарушения и отсюда получить доступ к информации, обычно теряющейся в процессе измерения. Если я теперь позвоню Николасу с результатом моего измерения, он будет знать, как спины Фотонов А и В связаны после нарушения, и через Фотон С он получит доступ к влиянию самого нарушения. Это позволяет Николасу использовать Фотон С, чтобы, грубо говоря, вычесть нарушение, вызванное моим измерением, и таким образом, обойти препятствие к дублированию Фотона А. Фактически, как детально показали Беннет и сотрудники, через, по большей части, простые манипуляции со спином Фотона С (основанные на моем телефонном звонке, информирующем Николаса, каково состояние спина Фотона А относительно состояния спина Фотона В), Николас обеспечит, что Фотон С, каким бы ни был его спин, в точности скопирует квантовое состояние Фотона А перед моим измерением. Более того, хотя спин только одна из характеристик фотона, другие свойства квантового состояния Фотона А (такие как вероятность, что он имеет ту или иную энергию) могут быть воспроизведены аналогично. Таким образом, используя эту процедуру, мы можем телепортировать Фотон А из Нью-Йорка в Лондон.[205]

Как вы можете видеть, квантовая телепортация содержит два этапа, каждый из которых передает решающую и взаимно дополняющую информацию. Первый, мы предпринимаем совместное измерение на фотоне, который мы хотим телепортировать, вместе с одним из членов запутанной пары фотонов. Нарушение, связанное с измерением, отпечатывается на удаленном партнере из запутанной пары через причуды квантовой нелокальности. Этим заканчивается Этап 1, очевидно, квантовая часть процесса телепортации. На Этапе 2 результат самого измерения передается в удаленное место приема более стандартным способом (телефон, факс, электронная почта ...), что может быть названо классической частью процесса телепортации. В комбинации Этап 1 и Этап 2 позволяют воспроизвести точное квантовое состояние фотона, который мы хотим телепортировать, путем прямой операции (такой как поворот на определенный угол относительно особой оси) на удаленном члене запутанной пары.

Отметим также пару ключевых свойств квантовой телепортации. Поскольку оригинальное квантовое состояние Фотона А было нарушено моим измерением, Фотон С в Лондоне теперь является единственным в этом оригинальном состоянии. Нет двух копий оригинального Фотона А, так что вместо того, чтобы называть это квантовым факсом, на самом деле более точно называть это квантовой телепортацией.[206]Более того, даже если мы телепортируем фотон А из Нью-Йорка в Лондон, – даже если фотон в Лондоне станет неотличим от исходного фотона, который мы имели в Нью-Йорке, – мы не узнаем квантового состояния Фотона А. Фотон в Лондоне имеет точно такую же вероятность ориентации спина в том или ином направлении, какую Фотон А имел перед моим вмешательством, но мы не знаем, что это была за вероятность. Фактически, в этом фокус, лежащий в основе квантовой телепортации. Нарушение, вызванное измерением, не дает нам определить квантовое состояние Фотона А, но в описанном подходе мы не нуждаемся в знании точного квантового состояния фотона, чтобы телепортировать его. Мы нуждаемся в знании только одного аспекта его квантового состояния – что мы и узнали из совместного измерения с Фотоном В.

Квантовое запутывание с удаленным Фотоном С дополняет остальное.

Осуществление этой стратегии квантовой телепортации было немалым подвигом. В ранние 1990е создание запутанной пары фотонов было стандартной процедурой, но проведение совместного измерения двух фотонов (совместного измерения на Фотонах А и В, описанное выше, технически называющееся измерением состояния Белла) никогда не удавалось. Достижение обеих групп Зейлингера и Де Мартини было в изобретении хитроумной экспериментальной техники для совместного измерения и в осуществлении его в лаборатории.[207]К 1997 они достигли этой цели, став первыми группами, добившимися телепортации отдельной частицы.

Практическая телепортация

Поскольку вы, и я, и ДеЛорен и все другое состоит из многих частиц, естественный следующий шаг заключается в том, чтобы представить применение квантовой телепортации к таким большим коллективам частиц, позволив нам "излучить" макроскопический объект из одного места в другое. Но прыжок от телепортации одной частицы к телепортации макроскопического собрания частиц ставит в тупик и находится чрезвычайно далеко за пределами того, что исследователи могут сегодня совершить и что многие лидеры в этой области представляют достижимым даже в отдаленном будущем. Но на потеху, как фантастически мечтает Зейлингер, мы можем представить, как однажды достичь этого.

Представим, что я хочу телепортировать ДеЛорен из Нью-Йорка в Лондон. Вместо того, чтобы обеспечить Николаса и меня, каждого одним участником запутанной пары фотонов (что нам было нужно для телепортации отдельного фотона), каждый из нас должен иметь камеру с частицами, содержащую достаточно фотонов, нейтронов, электронов и так далее, чтобы построить ДеЛорен, причем все частицы в моей камере должны быть квантово запутаны со всеми ими в камере Николаса (см. Рис. 15.1). Мне также нужен прибор, который измеряет совместные свойства всех частиц, составляющих мой ДеЛорен, с теми частицами, которые собраны в моей камере (аналог измерения совместных свойств Фотонов А и В). Через запутывание частиц в моей камере влияние совместных измерений, которые я провожу в Нью-Йорке, будет отпечатано на частицах камеры Николаса в Лондоне (аналоге состояния Фотона С, отражающего совместное измерение А и В). Если я звоню Николасу и сообщаю результаты моих измерений (это будет дорогостоящий звонок, так как я передам Николасу около 10³⁰ результатов), эти данные будут инструктировать его о том, как манипулировать частицами в его камере (почти как мой более ранний телефонный звонок проинструктировал его, как манипулировать Фотоном С). Когда он закончит, каждая частица в его камере будет в точности в том квантовом состоянии, как и каждая соответствующая частица в ДеЛорене (до того, как он подвергся любым измерениям), так что, как и в нашем предыдущем обсуждении, Николас теперь будет иметь ДеЛорен.* Его телепортация из Нью-Йорка в Лондон будет завершена.

(*) "Для коллектива частиц – в отличие от индивидуальной частицы – квантовое состояние также кодирует взаимоотношения каждой частицы в коллективе с каждой другой. Так что для точно воспроизведенного квантового состояния частиц, составляющих ДеЛорен, мы подразумеваем, что все они находятся в том же отношении к каждой другой, как и в оригинале; единственное отличие, которое они проявляют, это что их общее положение будет сдвинуто из Нью-Йорка в Лондон."

Рис 15.1 Фантастический подход к телепортации воображает наличие двух удаленных друг от друга камер с квантово запутанными частицами и предполагает проведение подходящих совместных измерений частиц, составляющих объект, который должен быть телепортирован, с частицами в одной из камер. Результат этого измерения должен затем обеспечить необходимую информацию, чтобы произвести действия с частицами во второй камере для воспроизведения объекта и завершения телепортации.

Заметим, однако, что на сегодняшний день каждый этап в этой макроскопической версии квантовой телепортации фантастичен. Объект, подобный ДеЛорену, имеет в избытке миллиарды миллиардов миллиардов частиц. Хотя экспериментаторы развлекаются с оборудованием, запутывающим более одной пары частиц, они экстремально далеки от достижения количества, соответствующего макроскопическим сущностям.[208]Установка двух камер запутанных частиц, таким образом, находится до смешного далеко за пределами сегодняшней досягаемости. Более того, совместное измерение двух фотонов было само по себе тяжелым и впечатляющим подвигом. Распространение его на совместное измерение миллиардов и миллиардов частиц является на сегодняшний день невообразимым.

С нашей сегодняшней точки зрения, непредвзятая оценка должна привести к заключению, что телепортация макроскопического объекта, по крайней мере способом, на сегодняшний день примененным для отдельной частицы, удалена от нас на эпохи – если не на вечность.

Но, поскольку единственной неизменной вещью в науке и технологии является превосходство голосов "против" от массы предсказателей над голосами "за" энтузиастов, я просто отмечу очевидное: телепортация макроскопических тел выглядит маловероятно. Хотя, кто знает? Сорок лет назад компьютер Энтерпрайза тоже выглядел достаточно маловероятным.[209]

Загадки путешествия во времени

Не отрицается, что жизнь была бы другой, если телепортация макроскопических объектов была бы столь же легкой, как вызов FedEx (крупнейшего мирового перевозчика разнообразных грузов) или запрыгивание в вагон метро. Несбыточные или невозможные путешествия стали бы достижимыми, а концепция путешествия через пространство была бы революционизирована до такой степени, при которой скачок в удобстве и практичности ознаменовал бы фундаментальный сдвиг в мировоззрении.

Даже при этих условиях влияние телепортации на наше восприятие вселенной бледнеет в сравнении с потрясением, которое могло бы быть произведено достижением путешествий через время по желанию. Каждый знает, что при достаточном усилии и желании мы можем, по крайней мере, в принципе, переместиться отсюда туда. Хотя имеются технологические ограничения на наши путешествия через пространство, внутри них границы наших путешествий регулируется нашим выбором и прихотью. Но перемещаться от сейчас в тогда? Наши ощущения подавляюще свидетельствуют, что это возможно, по большей части, одним путем: мы должны дожидаться этого – секунда должна следовать за секундой, когда тик за тиком "сейчас" методично движется к "тогда". И это предполагает, что "тогда" это позже, чем "сейчас". Если "тогда" предшествует "сейчас", ощущения диктуют, что такого пути нет совсем; путешествие в прошлое кажется невозможной альтернативой. В отличие от путешествий через пространство, путешествия через время кажутся чем угодно, кроме вопроса выбора и прихоти. Когда речь идет о времени, нас тащит вдоль одного направления, нравится нам это или нет.

Если бы мы были в состоянии плавать во времени так же легко, как мы плаваем в пространстве, наше мировоззрение не только изменилось бы, оно подверглось бы самому драматическому сдвигу в истории нашего вида. В свете такого несомненного потрясения, я часто поражался тому, как несколько людей осознали, что теоретические основы для одного вида путешествий во времени – путешествия во времени в будущее – имели место с ранних годов последнего столетия.

Когда Эйнштейн открыл природу пространства-времени СТО, он оформил программу для быстрого продвижения в будущее. Если вы хотите увидеть, что случится с планетой Земля через 1 000 или 10 000 или 10 миллионов лет в будущем, законы эйнштейновской физики говорят вам, как этого достичь. Вы строите транспортное средство, чья скорость может достичь, скажем 99,9999999996 процента от скорости света. На полной мощности вы направляетесь наружу в глубокое пространство на день, или десять дней, или на немногим более двадцати семи лет в соответствии с часами на вашем корабле, затем резко поворачиваете назад и направляетесь к Земле, опять на полной мощности. К вашему возвращению по земному времени истечет 1 000, или 10 000, или 10 миллионов лет. Это является необсуждаемым и экспериментально проверенным предсказанием СТО; это пример замедления времени при повышении скорости, описанный в Главе 3.[210]Конечно, поскольку корабли с такой скоростью находятся за пределами того, что мы можем построить, никто не проверил это предсказание буквально. Но, как мы обсуждали ранее, исследователи подтвердили предсказанное замедление времени на коммерческом авиалайнере, путешествующем с малой долей скорости света, точно так же, как на элементарных частицах вроде мюонов, носящихся через ускорители с очень близкой к световой скоростью (стационарный мюон рападается на другие частицы примерно в течение двух миллионных долей секунды, но чем быстрее он движется, тем медленее тикают его внутренние часы, и тем дольше мюон остается целым). Имеются все основания быть уверенным и нет никаких оснований не верить, что СТО точна и ее стратегия достижения будущего будет работать, как предсказано. Технология, а не физика, удерживает каждого из нас привязанным к этой эпохе.*

(*)"Хрупкость человеческого тела является другим практическим ограничением: ускорение, требуемое для достижения таких высоких скоростей в разумный промежуток времени находится далеко за пределами того, что тело может выдержать. Отметим также, что замедление времени дает, в принципе, стратегию, для достижения удаленных мест в пространстве. Если ракета покидает Землю и направляется к галактике Андромеды, двигаясь со скоростью в 99,999999999999999999 процентов от скорости света, нам придется ждать около 6 миллионов лет до ее возвращения. Но при такой скорости время на ракете замедлится относительно земного времени столь драматично, что при возвращении астронавт будет старше только на восемь часов (оставляя в стороне тот факт, что он или она не сможет пережить ускорения, чтобы достичь такой скорости, развернуться и, наконец, остановиться)."

Более тяжелая проблема, однако, возникает, когда мы думаем о другом виде путешествия во времени, путешествии в прошлое. Нет сомнений, вы знакомы с некоторыми из них. Например, имеется стандартный сценарий, в котором вы отправляетесь в прошлое и предотвращаете ваше собственное рождение. Во многих фантастических описаниях это достигается с применением насилия; однако любое менее радикальное, но столь же эффективное воздействие – такое как предотвращение встречи ваших родителей – может быть проделано так же легко. Парадокс ясен: если вы никогда не рождались, как вы могли появиться и, в особенности, как вы могли отправиться в прошлое и предотвратить встречу ваших родителей? Для путешествия в прошлое и удержания ваших родителей в отдалении друг от друга вы должны были родиться; но если вы родились, отправились в прошлое и удержали ваших родителей в отдалении, вы не смогли бы родиться. Мы неосторожно попали в логический тупик.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: