Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена

М.В.Чехова

    Волновая функция. С развитием квантовой механики в физике появилось множество новых, непривычных понятий и идей. Одно из таких понятий – волновая функция. В квантовой теории волновая функция служит для описания объектов и тем самым заменяет совокупность "привычных" физических параметров: координата, скорость, энергия и т.д. Частица в квантовой механике оказывается как бы "размазанной" по координате, по энергии и пр., и это "размазывание" характеризуется волновой функцией, которая, соответственно, может быть функцией координаты, энергии или других параметров. Волновую функцию можно представить себе как "волну вероятности": например, вероятность того, что квантовая частица находится в точке с заданными координатами, равна квадрату ее волновой функции, аргументом которой является координата. Соответственно, вероятность того, что частица имеет определенный импульс, равна квадрату волновой функции с импульсом в качестве аргумента. Поэтому у квантовой частицы нет определенной координаты или импульса – они принимают то или другое значение лишь с какой-то вероятностью. Однако измерение этих величин сразу же делает их определенными – так, пропустив частицу через очень маленькое отверстие, можно утверждать, что ее координаты равны координатам отверстия. При этом волновая функция частицы оказывается ненулевой только в том месте, где расположено отверстие. Тем самым, измерение меняет волновую функцию частицы – она как бы "схлопывается", становясь отличной от нуля только там, где частица была зарегистрирована.

 
    Парадокс ЭПР. В 1935 г. Эйнштейн, Подольский и Розен предложили мысленный эксперимент, из которого, по их мнению, следовало, что для описания физических объектов волновой функции недостаточно. Тем самым, утверждалось, что квантовая механика неполна. Эйнштейн, Подольский и Розен рассмотрели систему двух коррелированных частиц, т.е. таких частиц, свойства которых связаны, не будучи точно заданными. Например, частицы А и Б рождаются в одной точке, а затем разлетаются в разные стороны. В момент рождения ни у одной из них не заданы координата и импульс, но в силу закона сохранения импульса сумма их импульсов, как и сумма их координат, всегда равна нулю. Теперь, если мы проведем измерение над частицей А, например, измерим ее координату, то ее волновая функция "схлопнется" в соответствующей точке. Но в то же время "схлопнется" и волновая функция частицы Б, поскольку ее координата после такого измерения тоже станет известной точно! Если волновая функция полностью характеризует частицу, то значит, с частицей Б действительно что-то произойдет, а ведь измерение проводилось над частицей А, которая могла быть в этот момент очень далеко от частицы Б! А если изменится только волновая функция частицы Б, а сама частица останется точно такой же, значит, волновая функция - плохая характеристика квантовой частицы. В этом и заключается парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена или, сокращенно, парадокс ЭПР.
 
    Разрешение парадокса. В действительности, рассуждение, предложенное Эйнштейном, Подольским и Розеном, нисколько не опровергает квантовую механику и даже концепцию волновой функции. Дело в том, что, как стало ясно уже после выхода статьи ЭПР, коррелированные частицы характеризуются лишь одной общей волновой функцией; каждой же из двух частиц определенную волновую функцию приписать нельзя. Поэтому в момент измерения над одной частицей действительно меняется как общая волновая функция обеих частиц, так и соответствующий квантовый объект - две коррелированные частицы.
    Парадокс ЭПР имел большое значение для развития квантовой теории. Прежде всего, он стимулировал развитие ряда новых понятий и вызвал интерес к коррелированным состояниям квантовых частиц. Когда такие состояния были обнаружены экспериментально для фотонов, началось бурное развитие новой области в физике – квантовой оптики. Кроме того, эксперименты с коррелированными парами квантовых частиц (их также называют ЭПР-парами) позволили проверить, действительно ли вероятностное поведение характерно для отдельной квантовой частицы или это свойство совокупности частиц.
 
Литература:
Л. Мандель, Э. Вольф, Оптическая когерентность и квантовая оптика. М.: Физматлит, 2000.