Помните, я говорил, что разговоры о сверхсветовых явлениях — признак лженаучного материала?

Помните, я говорил, что разговоры о сверхсветовых явлениях — признак лженаучного материала? Так вот, сегодня поговорим о сверхсветовом явлении в физике ?

Наверное, это единственный такой эффект, который не является откровенной ересью. Речь о квантовом туннелировании.

Это один из самых базовых эффектов квантовой механики: когда частица встречает потенциальный барьер, который классически непроницаем для нее, в квантовой физике она с некоторой вероятностью может сквозь него "проскочить". Простой пример: небольшой разрыв в электрическом проводе. В классике электроны преодолеть его не могут, а в квантах — вполне. И это не какой-то экзотический случай, вы прямо сейчас используете этот эффект, когда читаете мой текст. Почти на всех наших девайсах используется флеш-память, где туннелирование — главный эффект, с помощью которого происходит хранение и считывание информации.

Еще туннелирование — одно из подтверждений волновой природы всей материи (помните (https://vk.cc/cz4LA0), что частиц на самом деле не существует?). Электрон-волна (волновая функция) налетает на потенциальный барьер, часть его отражается от барьера, а часть — проходит.

Так вот, сколько времени занимает это туннелирование? Как много времени электрон проводит "внутри" барьера? Еще в середине 20 века было теоретически установлено, что время туннелирования не зависит от ширины барьера. А значит, мы могли бы сделать барьер шириной во много световых лет, и частица прошла бы его за то же время, как и барьер в несколько микрон. То есть, во много-много-много раз быстрее скорости света. Чтааа?!

Когда я впервые об этом узнал, я отмахнулся: ну, такого не бывает, это просто артефакт теории. Но оказалось, что множество экспериментов (с разными частицами и атомами) подтверждают, что туннелирование происходит быстрее скорости света. Недавно эксперимент (https://vk.cc/cz4LEa) даже смог точно измерить, сколько именно времени атом проводит внутри барьера.

А как же теория относительности, запрет на превышение скорости света и вот это все?! Важный момент в том, что СТО запрещает передачу информации быстрее света, а не просто перемещение. Ученые в целом уверены, что сверхсветовой передачи информации в процессе туннелирования не происходит, но почему — тут не все сходятся.

Главная идея всех аргументов в том, что само понятие передачи информации не очень хорошо определено для такого процесса. В какой момент информация передана? Волновая функция — распределение с максимумом в какой-то точке и двумя хвостами. Когда передача совершается: когда детектора достигает хвост или центр распределения? А как быть с той частью волновой функции, что отразилась от барьера?

Мне больше всего нравится вариант, изложенный в этой статье (https://vk.cc/cz4LI5): зададимся вопросом, как быстро мы можем передать один бит информации в среднем для многих битов. Для частиц, движущихся со скоростью света, ответ очевиден: со скоростью света. Для частиц, летящих через барьер, мы иногда (когда частица туннелирует) передаем бит быстрее скорости света. Но вероятность туннелирования чрезвычайно мала, так что в среднем большая часть частиц будет потеряна и общая скорость передачи окажется меньше скорости света.

Такие удивительные эффекты иногда скрываются в дебрях физики. По мне так это гораздо интереснее всяких квантовых компьютеров, но об этом почему-то очень мало говорят...

Источник: vk.com

Комментарии: