Для героїв фантастичних фільмів телепортація – справа звичайна. Одне натискання кнопки – і вони розчиняються в повітрі, аби через кілька секунд опинитися за сотні і тисячі кілометрів: в іншій країні або навіть на іншій планеті.
Чи можливо таке переміщення насправді, або телепортація назавжди залишиться мрією письменників та сценаристів? Чи проводять якісь дослідження в цій сфері і чи наблизилися ми хоч трохи до реалізації технології, настільки звичної для героїв фантастичних бойовиків?
Коротка відповідь на це питання – так, експерименти проводять, причому дуже активно. Більш того, вчені регулярно публікують у наукових журналах статті про успішні дослідження квантової телепортації – на все більші й більші відстані.
І хоча багато відомих фізиків сумніваються, що нам колись вдасться телепортувати людей, деякі експерти налаштовані куди більш оптимістично і запевняють, що телепорти стануть реальністю вже через кілька десятиліть.
Цей матеріал підготовлений як відповідь на одне з питань про наукові досягнення, надісланих нашими читачами.
“Брехня, чутки та небилиці“
Для початку уточнімо, про що саме йде мова. Під телепортацією ми розуміємо миттєве переміщення об’єктів на будь-яку відстань, в ідеалі – швидше за швидкість світла.
Саме слово придумав у 1931 році американський публіцист Чарльз Форт, який захоплювався дослідженням паранормальних явищ. За аналогією з “телебаченням”, що виникло від грецького τῆλε (“далеко”) і латинського video ( “бачити”), в своїй книзі “Вулкани небес” він винайшов термін для опису незрозумілих переміщень об’єктів в просторі (латинське porto значить “переносити”) .
“У цій книзі я переважно розглядаю свідоцтва того, що існує якась сила перенесення, яку я називаю телепортацією. Мене звинуватять в тому, що я зібрав воєдино відверту брехню, чутки, небилиці, містифікації та забобони. У певному сенсі я і сам так думаю. А в деякому сенсі ні. Я лише надаю дані “, – пише Форт.
Про подібні переміщення дійсно існує безліч міфів – наприклад, розхожа легенда про Філадельфійський експеримент 1943 року, в ході якого нібито перемістили на 320 км американський есмінець “Елдрідж”.
Однак насправді всі подібні історії виявляються не більш ніж вигадками конспірологів, на думку яких влада приховує від широкої громадськості будь-які свідчення про випадки телепортації як військову таємницю.
Насправді все навпаки: будь-які досягнення в цій галузі широко обговорюються в науковому співтоваристві. Наприклад, буквально тиждень тому американські вчені розповіли про новий успішний досвід квантової телепортації.
Давайте ж перейдемо від міських легенд та фантастичної літератури до суворої науки.
“З пункта А до пункта В…”
Історія реальної, а не вигаданої телепортації почалася у 1993 році, коли американський фізик Чарльз Беннетт математично – за допомогою формул – довів теоретичну можливість миттєвих квантових переміщень.
Звичайно, це були суто теоретичні викладки: абстрактні рівняння, що не мають жодного практичного застосування. Однак так само – математичним шляхом – вже відкривали, наприклад, чорні діри, гравітаційні хвилі та інші явища, підтвердити існування яких експериментально вдалося набагато пізніше.
Тому розрахунки Беннетта стали справжньою сенсацією. Вчені почали активно проводити дослідження в цьому напрямку – і перший успішний досвід квантової телепортації вдалося провести вже через кілька років.
Тут потрібно підкреслити, що мова йде саме про квантову телепортацію, а це не зовсім те ж саме, що ми звикли бачити у фантастичних фільмах. З одного місця в інше передається не сам матеріальний об’єкт (наприклад, фотон або атом – адже все складається з атомів), а інформація про його квантовий стан. Однак в теорії цього достатньо, щоб “відновити” вихідний об’єкт в новому місці, отримавши його точну копію. Більш того, такі досліди вже теж успішно проводяться в лабораторіях – але про це трохи нижче.
У звичному нам світі цю технологію найпростіше порівняти з ксероксом або факсом: ви надсилаєте не сам документ, а інформацію про нього в електронному вигляді – але в результаті у одержувача виявляється його точна копія. З тією суттєвою різницею, що у випадку з телепортацією сам матеріальний об’єкт, який надіслали руйнується, тобто зникає – і залишається лише копія.
Давайте спробуємо розібратися, як це відбувається.
Чи грає Бог у кості?
Ви чули про кота Шредінгера – того, що сидить в коробці ані живий, ані мертвий? Цю оригінальну метафору австрійський фізик Ервін Шредінгер придумав для опису загадкової властивості елементарних частинок – суперпозиції. Річ у тому, що квантові частинки можуть одночасно перебувати відразу в декількох станах, які в звичному нам світі повністю виключають один одного. Наприклад, електрон не обертається навколо ядра атома, як ми звикли думати, а знаходиться одночасно у всіх точках орбіти (з різною ймовірністю).
Поки ми не відкрили коробку, тобто не виміряли характеристики частки (в нашому прикладі – не визначили точне місце розташування електрона), кіт, який там сидить, не просто живий або мертвий – він і живий, і мертвий одночасно. Але коли коробка відкрита, тобто вимір зроблено, частка виявляється в одному з можливих станів – і більше він не змінюється. Наш кіт або живий, або мертвий.
Якщо в цьому місці ви остаточно перестали щось розуміти – не переживайте, цього не розуміє ніхто. Природу квантової механіки вже багато десятиліть не можуть пояснити найбільш геніальні фізики світу.
Для телепортації використовується явище квантової заплутаності. Це коли дві елементарні частинки мають одне походження і знаходяться у взаємозалежному стані – простіше кажучи, між ними існує якийсь незрозумілий зв’язок. Таким чином заплутані частки можуть “спілкуватися” між собою, навіть перебуваючи на величезній відстані один від одного. І, дізнавшись стан однієї частинки, ви можете з абсолютною впевненістю передбачити стан іншої.
Уявіть, що у вас є дві гральні кості, які в сумі завжди дають сім. Ви потрясли їх в склянці і одну кинули за спину, а іншу – перед собою і накрили долонею. Піднявши руку, ви побачили, що викинули, скажімо, шістку – і тепер можете з упевненістю стверджувати, що друга кістка, яка у вас за спиною, випала одиницею догори. Адже сума двох чисел повинна дорівнювати семи.
Звучить неймовірно, правда? Зі звичними нам гральними кістьми такий номер не пройде, а ось заплутані частки поводяться саме так – і тільки так, хоча природу цього явища поки теж не вдається пояснити.
“Це найбільш неймовірний феномен квантової механіки, його неможливо навіть осмислити, – розводить руками професор MIT Волтер Левін, один з найавторитетніших фізиків світу. – І не питайте мене, чому так відбувається і як це працює, тому що таке питання – це удар нижче пояса! Все, що ми можемо сказати – судячи з усього, саме так влаштований наш світ”.
Однак це зовсім не означає, що цей загадковий феномен не можна використовувати на практиці – адже він знову і знову підтверджується як формулами, так і експериментами.
Практична телепортація
Практичні досліди з телепортації почалися близько 10 років тому на Канарських островах під керівництвом австрійського фізика, професора Віденського університету Антона Цайлінгера.
У лабораторії на острові Пальма вчені створюють пару заплутаних фотонів (А і В), а потім один з них за допомогою лазерного променя відправляють в іншу лабораторію, розташовану на сусідньому острові Тенеріфе, в 144 км. Обидві частки знаходяться в стані суперпозиції – тобто ми ще не “відкрили котячу коробку”.
Потім до справи підключають третій фотон (С) – той, що потрібно переміщувати – і змушують його вступити у взаємодію з однією з заплутаних часток. Потім фізики вимірюють параметри цієї взаємодії (А + С) і передають отримане значення в лабораторію на Тенеріфе, де знаходиться другий заплутаний фотон (В).
Незрозумілий зв’язок між А і В дозволять перетворити В у точну копію частки С (А + С-В) – як ніби вона миттєво перемістилася з одного острова на інший, не перетинаючи океан. Тобто телепортувалася.
“Ми як би витягаємо ту інформацію, яку несе оригінал – і створюємо новий оригінал в іншому місці”, – пояснює пан Цайлінгер, який телепортував таким чином вже тисячі і тисячі елементарних частинок.
Чи означає це, що в майбутньому вчені зможуть таким чином телепортувати будь-які предмети і навіть людей – адже ми теж складаємося з таких частинок?
У теорії це досить можливо. Потрібно лише створити достатню кількість заплутаних пар і рознести їх у різні місця, помістивши в “телепортаційні кабіни” – припустимо, в Лондоні і в Москві.
Ви заходите в третю кабіну, що працює як сканер: комп’ютер аналізує квантовий стан ваших частинок, порівнюючи їх із заплутаними, і надсилає цю інформацію в інше місто. А там відбувається зворотний процес – із заплутаних часток відтворюється ваша точна копія.
“Фундаментальні питання вирішені“
На практиці все дещо складніше. Річ у тому, що в нашому тілі приблизно 7 октілліонів атомів (після сімки йде 27 нулів, тобто це сім мільярдів мільярдів мільярдів) – це більше, ніж зірок у доступній для огляду частині Всесвіту.
Але ж проаналізувати і описати потрібно не тільки кожну окрему частинку, але і всі зв’язки між ними – адже в новому місці їх необхідно зібрати в ідеально правильному порядку.
Зібрати і передати таку кількість інформації практично неможливо – у всякому разі, за сучасного рівня розвитку технологій. І коли з’являться комп’ютери, здатні обробляти такі обсяги даних, невідомо. Зараз, принаймні, проводять роботу над збільшенням відстані між лабораторіями, а не кількості частинок, які телепортують.
Саме тому багато вчених вважають, що мрія про телепортації людини навряд чи здійсниться. Хоча, наприклад, професор Нью-Йоркського Сіті-коледжу і відомий популяризатор науки Мітіо Каку переконаний, що телепортація стане реальністю вже до кінця XXI століття – а може, і через 50 років. Не називаючи конкретних термінів, з ним в цілому згодні і деякі інші експерти.
“Це питання поліпшення технології, поліпшення якості. Але я б сказав, що фундаментальні питання вирішені – і далі немає межі досконалості”, – впевнений професор Інституту Нільса Бора в Копенгагенському університеті Юджин Ползік.
Проте також виникає маса інших питань. Наприклад, чи буде отримана в результаті такої телепортації “копія мене” – справжнім мною? Чи буде вона так само думати, володіти тими ж спогадами? Адже, як уже згадувалося раніше, оригінал предмета, який пройшов телепортацію, в результаті квантового аналізу руйнується.
“Для квантової телепортації руйнування предмета, що пройшов телепортацію, в процесі – абсолютно необхідне і неминуче, – підтверджує Едвард Фархі, який з 2004 по 2016 роки очолював Центр теоретичної фізики MIT, а зараз працює в Google. – Я думаю, ви просто перетворилися б на купу нейтронів, протонів і електронів. Виглядали б ви не кращим чином”.
З іншого боку, з суто матеріалістичної точки зору, нас визначають не самі частинки, з яких ми складаємося, а їх стан – а ця інформація, стверджують вчені, передається виключно точно.
Хотілося б вірити, що це так. І що мрія людства про телепортації не обернеться реальністю відомого фільму жахів, де головний герой не помітив, як у його телепортаційну кабіну випадково залетіла муха …
